Сперма не сможет открыть яйцеклетку без этого древнего молекулярного ключа

Это оригинальная странная пара: один огромный, сферический и неподвижный. Другой небольшого размера, имеет хвост и никогда не перестает плавать. Однако союз яйцеклетки и спермы имеет решающее значение для каждого животного на Земле, размножающегося половым путем.

Как именно произошел этот союз, долгое время оставалось загадкой для ученых. А Он учится Результаты исследования, опубликованные в четверг в журнале Cell, основаны на технологии искусственного интеллекта, получившей Нобелевскую премию, которая показала, что взаимосвязанный пакет из трех белков является ключом, позволяющим сперматозоиду и яйцеклетке связываться вместе. Этот важнейший пакет свойственен отдаленно родственным животным, таким как рыбы и млекопитающие, включая, вероятно, и человека.

Почти для всех животных на Земле жизнь начинается со спермия, пробивающегося к мембране яйцеклетки. Каким-то образом две клетки узнают друг друга и соединяются. Затем, в мгновение ока, головка сперматозоида проходит внутрь яйцеклетки, как будто проходит через дверь. Теперь слитая клетка представляет собой зиготу и готова вырасти в новое животное.

В предыдущих исследованиях ученые обнаружили в сперме млекопитающих четыре белка, которые также содержатся в сперме рыб и необходимы для оплодотворения. Но никто не знал, смогут ли они работать в команде, чтобы вставить яйцо, и если да, то как.

В новом исследовании Андреа Паули, специалист по молекулярной биологии и биологии развития из Научно-исследовательского института молекулярной патологии в Вене, и сотрудники из нескольких учреждений задали вопрос, как белки спермы взаимодействуют во время оплодотворения.

Исследователи использовали технологию AlphaFold, которая на прошлой неделе получила Нобелевскую премию по химии. Он использует искусственный интеллект, чтобы предсказать форму белка. Используя AlphaFold, команда смогла сравнить четыре белка спермы, общие для млекопитающих и рыб, с библиотекой, состоящей из примерно 1400 других белков, обнаруженных на клеточных поверхностях семенников рыбок данио, в поисках потенциальных партнеров.

«Мы хотели найти что-то, что, как мы знали, окажется в нужном месте в нужное время», — сказала Виктория Денеке, научный сотрудник лаборатории доктора Паули.

Даже для AlphaFold это было непросто. «Он работал две или три недели», — сказал доктор Денеке, монополизировав вычислительные ресурсы кампуса.

«Другие люди в институте были не так счастливы», — добавил доктор Паули.

Наконец, AlphaFold предсказал, что два общих нативных белка сперматозоидов будут связываться друг с другом вместе с третьим, ранее неизвестным белком, образуя команду из трех человек.

Лабораторные эксперименты подтвердили догадку программы: самцы рыбок данио, лишенные недавно открытого третьего белка, были бесплодны, как и самцы мышей. Их сперматозоиды плавают нормально, но не могут слиться с яйцеклеткой. Ученые также обнаружили биохимические доказательства того, что три белка спермы функционируют как единое целое как у рыбок данио, так и у людей.

Доктор Поли сказал, что вполне вероятно, что один и тот же важный пучок присутствует у многих — или у всех — животных с шипами.

Она описала белковый пучок сперматозоида как своего рода ключ, который подходит к замку яйцеклетки. У рыб этот замок представляет собой белок, называемый «баунсером», что удобно, поскольку без него головка сперматозоида не может проникнуть в яйцеклетку.

Предыдущие исследования также выявили в яйцах млекопитающих молекулу-замок, которая связывается с одним из белков в трехбелковом пучке. Как ни странно, замок млекопитающего не является охраной. Это неродственный белок под названием Юнона.

Это означает, что где-то в истории у животных должны были появиться разные яичные белки, чтобы они могли связываться с белковым пакетом спермы. Это представляет собой загадку: замок изменился, но каким-то образом «ключ от спермы остался прежним», — сказал доктор Паули.

«Мы хотели бы знать ответ», — добавила она.

Эмбер Кручунас, репродуктивный биолог из Университета штата Делавэр, не принимавшая участия в новом исследовании, назвала новое исследование «действительно захватывающим».

Ранее в этом году другая исследовательская группа независимо использовала AlphaFold. ожидание Такой же тройной пакет белка существует и у млекопитающих. «Тот факт, что две независимые группы пришли к одинаковым выводам, безусловно, увеличивает нашу уверенность в результатах», — сказал доктор Крочунас.

Однако, по ее словам, «определенно предстоит проделать еще большую работу, чтобы раскрыть секреты оплодотворения». Например, известно, что некоторые белки спермы являются общими для млекопитающих и рыб, но не являются частью этого пакета; Что они делают?

«Это фундаментальный вопрос, на который очень мало молекулярных ответов», — сказал доктор Паули. «Это потрясающе».