模擬揭示了精子親吻卵子時會發(fā)生什么

當(dāng)一個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)精子和卵子相互識別時，也會發(fā)生一系列反應(yīng)，然后開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)合物以其在受精過程中的關(guān)鍵作用而聞名。

“據(jù)推測，兩種蛋白質(zhì)[JUNO和IZUMO1]結(jié)合成復(fù)合物會啟動生殖細(xì)胞之間的識別和粘附過程，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，是兩個新融合的性細(xì)胞之間第一個已知的物理聯(lián)系。

然而，開發(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，無法捕獲它們的動態(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計算機來模擬JUNO和IZUMO1在水中的相互作用，因此更接近它們在細(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)定下來非共價相互作用蛋白質(zhì)分子之間。

研究人員說，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會發(fā)生什么，可以提供對避孕藥和不孕癥的見解建議.

接下來，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)入通過硬化其外皮來使雞蛋變硬。

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)序列和形狀的計算機模擬，但這些發(fā)現(xiàn)確實為受精的最初時刻提供了新的視角。

“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)報告。

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