人工智能揭開：精子解鎖卵子的神秘蛋白質媒人

在一項新的研究中，研究人員已確定了三種蛋白質，它們是精子與卵子融合的關鍵所在。

研究人員使用人工智能工具 AlphaFold 揭示了精子蛋白質在分子水平上的相互作用，爲脊椎動物共有的受精這一基本方面提供了線索。

當精子在化學信號的引導下朝卵子移動時，受精便開始了。一旦它們到達卵子，精子就會與卵子表面結合，啓動它們的遺傳物質融合形成受精卵。然而，促成這種關鍵相互作用的精確分子機制一直令人難以捉摸。

維也納分子病理學研究所（IMP）的安德里亞·保利（Andrea Pauli）的實驗室與國際合作者一道，利用 AlphaFold Multimer 預測指導精卵融合的蛋白質相互作用。

該團隊將重點放在精子膜蛋白上，運用 AlphaFold 來預測哪些蛋白質可能相互結合。

他們的分析表明，兩種此前已知的蛋白質，即 Izumo1 和 Spaca6，與第三種新發現的蛋白質 Tmem81 相互作用。

“我們驚訝地發現了一種此前從未被表徵過的新蛋白質。”該研究的共同第一作者安德烈亞斯·布拉哈說道。

這種由 Izumo1、Spaca6 和 Tmem81 組成的新三聚體複合物已被證明在受精過程中發揮着關鍵作用。

當這個複合物遭到破壞時，雄性斑馬魚和小鼠就變得不育了。

研究人員證實，這種精子蛋白複合物與斑馬魚卵子表面的蛋白質相互作用，該蛋白質被稱作 Bouncer，其起着‘鎖’的作用，能夠允許精子與卵子融合。

Bouncer 在斑馬魚中的作用類似於哺乳動物中 Juno 的功能，不過這些蛋白質在進化方面沒有關聯。

這一發現表明，雖然精子蛋白在物種間一直保持不變，但卵子蛋白已經獨立進化，以促進不同脊椎動物的受精。

“它在數百萬年的進化過程中一直保持這一事實表明，這種鎖和鑰匙的過程是多麼重要，”該研究的主要作者安德里亞·保利說。

鑑於卵子蛋白的進化分歧，這一發現尤其有趣，它們使用物種特異性的鎖——比如斑馬魚中的 Bouncer 和哺乳動物中的 Juno——與保守的精子蛋白這一鑰匙相結合。

研究人員以對活體生物開展實驗的方式，驗證了他們的由人工智能生成的預測，證實這種蛋白質複合物不僅存在於斑馬魚中，還存在於小鼠和人類中。這表明相同的精子蛋白質複合物可能是脊椎動物受精的普遍特徵。

這一發現爲探索生育治療和生殖健康開闢了新的途徑，因爲所涉及的蛋白質對融合過程極爲重要。研究人員迫切渴望探索不同物種是如何進化出不同的卵蛋白來與保守的精子機制相互作用的。

隨着科學家對受精的分子基礎展開進一步研究，像 AlphaFold 這類人工智能驅動的工具正在爲驅動新生命創造的基本過程提供見解。

對這種三聚體蛋白複合物的鑑定不僅增進了我們對於生殖生物學的理解，而且還提出了有關物種間受精機制進化多樣性的有趣議題。

這項研究已在《細胞》.發表