模擬揭示了精子親吻卵子時(shí)會(huì)發(fā)生什么

當(dāng)一個(gè)滑行的精子將自己頭朝下推入凝膠狀卵子的那一刻是突然變化的時(shí)刻之一。在幾秒到幾分鐘，卵膜的化學(xué)變化和外涂層頒布給阻止更多的精子從附著到卵母細(xì)胞并進(jìn)入卵母細(xì)胞。

從化學(xué)上講，當(dāng)精子和卵子相互識(shí)別時(shí)，也會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng)，然后開(kāi)始將它們的膜合并在一起。但是，盡管這些微妙的分子事件具有重要意義，但它們的細(xì)節(jié)尚未完全解決。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士慕尼黑路德維希馬克西米利安大學(xué)的研究人員的一項(xiàng)新研究現(xiàn)在揭示了一種特殊蛋白質(zhì)復(fù)合物的復(fù)雜性，該復(fù)合物以其在受精過(guò)程中的關(guān)鍵作用而聞名。

“據(jù)推測(cè)，兩種蛋白質(zhì)[JUNO和IZUMO1]結(jié)合成復(fù)合物會(huì)啟動(dòng)生殖細(xì)胞之間的識(shí)別和粘附過(guò)程，從而使它們能夠融合，”解釋蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的生物信息學(xué)家Paulina Pacak是該研究的第一作者。

JUNO位于雌性卵細(xì)胞的外膜上，而IZUMO1位于雄性精子細(xì)胞表面，是兩個(gè)新融合的性細(xì)胞之間第一個(gè)已知的物理聯(lián)系。

然而，開(kāi)發(fā)JUNO-IZUMO1結(jié)合的小分子抑制劑作為潛在避孕措施的努力并沒(méi)有達(dá)到太多，因此研究人員懷疑它們的分子相互作用可能比我們所知道的要多。

通常用于確定單個(gè)蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)的技術(shù)，例如冷凍電子顯微鏡和蛋白質(zhì)晶體學(xué)，還涉及快速冷凍蛋白質(zhì)或結(jié)晶它們，這意味著它們只能產(chǎn)生這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)圖像，無(wú)法捕獲它們的動(dòng)態(tài)相互作用。

但是在細(xì)胞內(nèi)部，蛋白質(zhì)不斷被制造并折疊成形狀，漂浮在水樣混合物中細(xì)胞質(zhì)，與他們的伴侶綁定和分離，并被回收。

因此，Pacak及其同事使用瑞士超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬JUNO和IZUMO1在水中的相互作用，因此更接近它們?cè)诩?xì)胞中的自然形式。

每次模擬僅跨越200納秒，但他們表明，JUNO-IZUMO1復(fù)合物最初被許多短暫而微弱的復(fù)合物穩(wěn)定下來(lái)非共價(jià)相互作用蛋白質(zhì)分子之間。

研究人員說(shuō)，這些接觸每次持續(xù)不到50納秒，了解當(dāng)它們被其他分子或突變打斷時(shí)會(huì)發(fā)生什么，可以提供對(duì)避孕藥和不孕癥的見(jiàn)解建議.

接下來(lái)，Pacak及其同事模擬了將JUNO-IZUMO1復(fù)合物結(jié)合在一起的更持久的鍵如何被鋅離子破壞。

精子和卵子結(jié)合幾分鐘后，受精卵會(huì)釋放出大量帶電的鋅原子，這些鋅原子被認(rèn)為可以防止其他精子進(jìn)入通過(guò)硬化其外皮來(lái)使雞蛋變硬。

模擬表明，鋅離子的存在使IZUMO1彎曲成回旋鏢形狀，因此它不能再與JUNO牢固結(jié)合。這表明卵子的鋅釋放也可能阻礙接近精子的結(jié)合。

雖然這些只是基于蛋白質(zhì)序列和形狀的計(jì)算機(jī)模擬，但這些發(fā)現(xiàn)確實(shí)為受精的最初時(shí)刻提供了新的視角。

“我們只能在模擬的幫助下找到這樣的東西，”說(shuō)維奧拉·沃格爾（Viola Vogel），蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的生物物理學(xué)家和資深作者。

“根據(jù)蛋白質(zhì)的靜態(tài)晶體結(jié)構(gòu)，我們從中得出的發(fā)現(xiàn)幾乎是不可能的。

該研究已發(fā)表在科學(xué)報(bào)告。

寶寶起名 起名