Nature：新研究揭示膜转运体对精子的移动能力至关重要

称为膜转运体的特殊蛋白对精子的移动性至关重要。在一项新的研究中，德国海德堡大学生物化学中心教授Cristina Paulino博士领导的一个研究团队借助低温电镜，首次成功解码了这样的一种转运体的结构及其作用机制。这些发现将有助于更好地了解生殖能力的分子基础，从长远来看，可能有助于开发治疗生育障碍的新方法和特殊避孕的新方法。相关研究结果于2023年10月25日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structures of a sperm-specific solute carrier gated by voltage and cAMP。

精子在结构和功能上与其他类型的细胞有着本质区别。毕竟，它们唯一的任务就是追踪卵子并与之融合。精子只有在所谓的获能（capacitation）---精液中的精子成熟---阶段才能充分发挥其活性。这一生化过程的最后一个步骤是提高精子的移动能力。如果细胞不能自主移动，或只能在有限的范围内移动，结果通常是生育能力下降或完全丧失生殖能力。精子无法到达卵子并使其受精。

在这一最终成熟过程中，精子膜中的特殊蛋白发挥着特殊作用。它们被称为膜转运体，负责将营养物等物质运入或运出细胞。Paulino 说，“将某些离子转运到细胞内会导致精子移动性的增加。因此，这些负责转运的蛋白与精子的生育能力直接相关，因此也与男性的生殖能力直接相关。”她的团队正在研究海胆的膜转运体，这是研究精子的一个模型系统。

在低温电镜的帮助下，这些作者如今能够在分子水平上破解一种重要的精子膜转运体--- 海胆SLC9C1（SpSLC9C1）---的结构。他们还发现了它的功能单元是什么样的，以及它们是如何相互连接和相互作用的。

SpSLC9C1的结构。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06629-w。

论文第一作者、Paulino团队前成员Valeria Kalienkova博士解释道，“我们观察到，这种关键蛋白就像一个乐高玩具，由不同的构建单元构成。这些构建单元基本上是从其他蛋白中了解到的，但从未观察到过这样的组合。借助这些信息，我们首次破解了这种膜转运体的机制。”

根据Paulino团队成员Martin Peter博士的说法，这些新发现将有助于下一步的研究工作，即开发影响这种机制的潜在物质。它们有可能激活或关闭膜转运体的功能。至于这些发现能在多大程度上应用于人类精子的机制，还有待进一步研究。从长远来看，这些发现有可能找到治疗不育症的新方法，或者找到阻止精子让卵子受精的新方法。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Valeria Kalienkova et al. Structures of a sperm-specific solute carrier gated by voltage and cAMP. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06629-w.

2. Membrane transporter ensures mobility of sperm cells, study finds
https://phys.org/news/2023-10-membrane-mobility-sperm-cells.html