Cell首次揭秘：生命起始的關鍵，精子如何識別卵子？

瑞典Karolinska研究所的研究人員獲得了首個受精開始時，精子蛋白附著在卵細胞外膜蛋白上的3D快照。該研究揭示了在軟體動物和哺乳動物中，與精子相互作用的普通卵細胞蛋白結構。相關文章6月15日發表在Cell上。

通過將遺傳信息傳遞給下一代並標誌著新生命的開始——受精過程中雌配子與雄性配子之間的相遇是生物學中最基本的過程之一。雖然卵子和精子最早在幾百年前就觀察到了，但精子是如何識別卵子外殼並穿透卵子，至今仍不為人知。

哺乳動物和軟體動物與精子作用的卵子外殼蛋白三維結構相似

利用歐洲同步輻射裝置（ESRF）收集的X射線晶體學數據，Luca Jovine的研究小組在Karolinska研究所首先將兩個與精子作用區域的卵子外殼蛋白可視化：哺乳動物（包括人類）中的ZP2和海洋軟體動物鮑魚（經典的無脊椎動物受精模型）中的VERL。這兩個分子都含有在配子識別中起關鍵作用的重複序列（如上圖）。

通訊作者，Karolinska研究所結構生物學系的Luca Jovine教授說：「哺乳動物和軟體動物被認為是經過6億年的進化而分離出來的，它們的精子受體蛋白在序列上幾乎完全不同。然而，對結構的比較表明ZP2和VERL重複著共同的三維結構。」

結構提示了配子識別是被認為的鎖和鑰匙機制

隨後，研究小組確定結合到lysin（鮑魚精子中VERL對應蛋白）上不同的VERL重複的晶體結構。這對於配子在受精初期如何以種特異性的方式識別彼此，給出了一個前所未有的觀點。

Jovine教授說：「鮑魚是我們本研究的首選系統，因為它是同源卵子外殼蛋白和精子蛋白都已知的少數生物之一。此外，不同品種的鮑魚都在大海產卵，儘管它們棲息地和繁殖季節重疊，但是很少發生雜交。」

如上圖所示，VERL-lysin複合物的結構也提示了lysin怎樣溶開一個孔進入卵的外殼，允許精子注入卵子。

Jovine教授總結：「一百多年前，配子識別首先被認為是一種鎖和鑰匙機制。我們的研究提供了第一個例子，這是在受精剛開始就實現了的。」

參考資料

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