Спермата не може да отвори яйцеклетката без този древен молекулен ключ

Те са оригиналната странна двойка: единият е огромен, сферичен и неподвижен. Другият е малък, има опашка и не спира да плува. Съединяването на яйцеклетка и сперма обаче е от решаващо значение за всяко полово възпроизвеждащо се животно на Земята.

Как точно се е случило това обединение дълго време е било загадка за учените. А Той учи Резултатите от изследването, публикувани в четвъртък в списанието Cell, разчитат на техниката за изкуствен интелект, носител на Нобелова награда, която показва, че един взаимосвързан пакет от три протеина е ключът, който позволява на спермата и яйцеклетката да се свържат заедно. Този решаващ пакет се споделя от далечно свързани животни като риби и бозайници, вероятно включително хора.

За почти всички животни на Земята животът започва със сперматозоиди, които си проправят път до мембраната на яйцеклетката. По някакъв начин двете клетки се разпознават и се свързват. След това, в миг на око, главата на спермата преминава вътре в яйцеклетката, сякаш минава през врата. Сега слятата клетка е зигота и е готова да израсне в ново животно.

В предишни изследвания учените откриха четири протеина в сперматозоидите на бозайници, които също се намират в сперматозоидите на рибите и са от съществено значение за оплождането. Но никой не знаеше дали и как биха могли да работят в екип, за да вмъкнат яйцето.

В новото проучване Андреа Паули, молекулярен биолог и биолог на развитието в Изследователския институт за молекулярна патология във Виена, и сътрудници от няколко институции попитаха как протеините на спермата си сътрудничат по време на оплождането.

Изследователите разчитат на технологията AlphaFold, която сподели Нобеловата награда за химия миналата седмица. Той използва изкуствен интелект, за да предвиди формата на протеина. Използвайки AlphaFold, екипът успя да сравни четирите сперматозоидни протеина, споделени между бозайници и риби, с библиотека от около 1400 други протеини, открити на клетъчните повърхности на тестисите на зебрата, търсейки потенциални партньори.

„Искахме да намерим нещо, за което знаехме, че ще бъде на точното място в точното време“, каза Виктория Денеке, постдокторант в лабораторията на д-р Паули.

Дори за AlphaFold това беше предизвикателство. „Работеше две или три седмици“, каза д-р Денеке, монополизирайки изчислителните ресурси на кампуса.

„Други хора в института не бяха толкова щастливи“, добави д-р Паули.

И накрая, AlphaFold прогнозира, че два общи естествени протеина на сперматозоидите ще се свържат един с друг, заедно с трети, неизвестен досега протеин, създавайки екип от трима.

Лабораторните експерименти потвърдиха предположението на програмата: мъжките риби зебра без новооткрития трети протеин са безплодни, както и мъжките мишки. Техните сперматозоиди плуват нормално, но не могат да се слеят с яйцеклетката. Учените също откриха биохимични доказателства, че трите сперматозоидни протеина функционират като едно цяло както при рибките зебра, така и при хората.

Д-р Поули каза, че е вероятно същият решаващ пакет да присъства в много – или всички – животни с шипове.

Тя описва протеиновия пакет на сперматозоидите като един вид ключ, който се вписва в ключалката на яйцеклетката. При рибите тази ключалка е протеин, наречен bouncer, което е удобно, защото главата на спермата не може да влезе в яйцето без него.

Предишни изследвания също идентифицираха молекула на ключалката в яйца на бозайници, която се свързва с един от протеините в трипротеиновия пакет. Колкото и да е странно, ключалката за бозайници не е пазачът. Това е несвързан протеин, наречен Juno.

Това означава, че някъде в историята животните трябва да са развили различни яйчни протеини, за да се свържат с протеиновия пакет на спермата. Това представлява мистерия: ключалката се е променила, но по някакъв начин „ключът на сперматозоидите е останал същият“, каза д-р Паули.

„Бихме искали да знаем отговора“, добави тя.

Амбър Кручонас, репродуктивен биолог от университета в Делауеър, който не е участвал в новото изследване, нарече новото изследване „наистина вълнуващо“.

По-рано тази година различна изследователска група независимо използва AlphaFold очакване Същият троен пакет от протеини съществува при бозайниците. „Фактът, че две независими групи стигнаха до едни и същи заключения, със сигурност увеличава доверието ни в резултатите“, каза д-р Крохунас.

Въпреки това, каза тя, „определено има още работа, за да се разкрият тайните на оплождането.“ Например, известно е, че някои протеини от сперма се споделят между бозайници и риби, но не са част от този пакет; Какво правят?

„Това е фундаментален въпрос с много малко молекулярни отговори“, каза д-р Паули. — Удивително е.