代谢组学

PNAS:新的精子膜蛋白有助于哺乳动物受精

2020年5月8日讯 ——受精是有性生殖的一个基本过程,即雄配子和雌配子混合遗传物质,产生一个新的独特的个体。现在,来自日本的研究人员发现了一个新的因素,可能有助于协调这一极其复杂的生命事件。
在最近的一项研究中,大阪大学和贝勒医学院的研究人员发现了一种参与受精过程中精卵膜融合的新蛋白,并将其命名为影响受精的膜蛋白(Fertilization Influencing Membrane Protein,FIMP)。
人体由数以万亿计的细胞组成,这些细胞都来自于一个受精卵。在哺乳动物受精过程中,精卵融合是一个关键事件,目前已知有三种蛋白质可以促进这一过程。这个研究小组在2005年发现了精子膜蛋白IZUMO1,并以庆祝婚姻的神社命名。与之对应的是九年后发现的"JUNO"卵膜蛋白,它以罗马生育女神的名字命名。它们共同作用形成蛋白复合物与卵母细胞四聚氰胺蛋白CD9一起起作用。由于三种蛋白质无法解释其中复杂的分子相互作用,因此人们开始寻找其他因素。
图片来源:PNAS
微生物疾病研究所副教授、该研究的第一作者Yoshitaka Fujihara博士解释说:"我们利用CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术,重点研究了睾丸特异的4930451I11Rik基因,以产生具有选择性灭活或'关闭'基因的突变'敲除'小鼠。虽然IZUMO1存在于4930451I11Rik基因敲除的精子中,但它们无法与卵母细胞融合,而KO雄鼠被证明存在严重的生育问题。"
4930451I11Rik基因编码两种蛋白变体,一种是跨膜(TM)亚型,另一种是分泌型亚型。CRISPR/ cas9介导的缺失和转基因恢复试验表明,只有TM亚型是精卵融合所必需的。研究人员将TM亚型命名为影响受精的膜蛋白,并阐明其对受精至关重要,其在膜融合中的作用与IZUMO1的途径或阶段不同。荧光mCherry标记定位FIMP到精子赤道段,在那里精卵融合发生。
IZUMO1的发现者之一、资深作者Masahito Ikawa教授对他们的研究的意义和未来趋势进行了推测。"我们的发现支持了人类FIMP在精子功能中的潜在作用。需要进一步研究FIMP敲除小鼠雄性不育的原因,并阐明定位于精子头部的类似I型跨膜蛋白的相互作用。这一知识可以用于开发新的体内外不孕治疗方法,以及非激素男性专用避孕药。"
参考资料:

Novel sperm membrane protein facilitates mammalian fertilization

Yoshitaka Fujihara et al. Spermatozoa lacking Fertilization Influencing Membrane Protein (FIMP) fail to fuse with oocytes in mice, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.1917060117
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