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Cell:从结构上揭示精子在受精开始时识别卵子外壳蛋白机制

来源:生物谷 2017-06-18 09:21


在临床实验中对人精子进行染色以便进行精液质量测试,图片来自Bobjgalindo/Wikipedia。

2017年6月18日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所的研究人员首次获得一种精子蛋白在受精开始时结合到一种对应的卵子外壳蛋白上的三维结构图。这项研究揭示出一种相同的参与与软体动物和哺乳动物中的精子之间的相互作用的卵子蛋白结构。相关研究结果发表在2017年6月15日的Cell期刊上,论文标题为“Structural Basis of Egg Coat-Sperm Recognition at Fertilization”。论文通信作者为卡罗琳斯卡研究所创新医学中心生物科学与营养系结构生物学教授Luca Jovine博士。

通过将遗传信息传递到下一代,雌性配子(卵子)和雄性配子(精子)在受精时的相遇是生物学上最为基础的过程之一。尽管卵子和精子是在几个世纪前被观察到的,但是精子如何识别和刺穿卵子外壳仍然是未知的。

利用在欧洲同步辐射实验室(European Synchrotron Radiation Facility, ESRF)收集的X射线晶体数据,Jovine团队首次可视化观察两种卵子外壳蛋白:哺乳动物(包括人类)中的ZP2蛋白和海洋软体动物鲍鱼(一种典型的无脊椎动物受精模型系统)中的VERL蛋白。这两种蛋白含有的重复序列在配子识别中发挥着关键作用。

Jovine说,“哺乳动物和软体动物被人是在6亿年的进化中发生分歧的,而且它们的精子受体蛋白几乎在序列上是完全不同的。然而,针对它们的结构的比较结果确定性地证实ZP2和VERL的重复序列都具有一种相同的三维结构。”

随后,Jovine团队解析出不同的VERL重复序列结合到细胞溶素(lysin)上的晶体结构。细胞溶素是鲍鱼精子表面上的VERL蛋白的对应物。这让他们史无前例地观察在受精开始时精子和卵子如何以一种物种特异性的方式识别彼此。

Jovine说,“鲍鱼是我们选择的模式生物用于这项研究,这是因为它是人们已知存在同源的卵子外壳蛋白和精子蛋白的少数有机体之一。再者,不同的鲍鱼物种在公海中产卵,不过它们的栖息地和繁殖季节虽然存在重叠,但是杂种很少发生。”

这些VERL-细胞溶素复合体的结构图提示着细胞溶素如何在卵子外壳上打开一个洞口,从而允许精子进入卵子中。

Jovine作出结论,“在100多年前,配子识别是首次被比作一种锁钥机制。我们的研究提供首个例子来说明这是如何在受精开始时实现的。”(生物谷 Bioon.com)

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参考资料:

1.Isha Raj, Hamed Sadat Al Hosseini, Elisa Dioguardi et al. Structural Basis of Egg Coat-Sperm Recognition at Fertilization. Cell, 15 June 2017, 169(7):1315–1326, doi:10.1016/j.cell.2017.05.033

2.3-D images show how sperm binds to the egg surface

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