Sperm bu antik moleküler anahtar olmadan yumurtayı açamaz

Bunlar orijinal tuhaf çifttir: Biri devasa, küresel ve hareketsizdir. Diğeri ise küçüktür, kuyruğu vardır ve yüzmeyi hiç bırakmaz. Ancak yumurta ve spermin birleşmesi, Dünya üzerinde eşeyli olarak üreyen her hayvan için çok önemlidir.

Bu birleşmenin tam olarak nasıl gerçekleştiği bilim insanları için uzun süredir bir gizemdi. A Çalışıyor Perşembe günü Cell dergisinde yayınlanan çalışmanın sonuçları, üç proteinden oluşan birbirine kenetlenen bir paketin sperm ve yumurtanın birbirine bağlanmasını sağlayan anahtar olduğunu gösteren Nobel Ödüllü yapay zeka tekniğine dayanıyordu. Bu önemli paket, balıklar ve memeliler gibi uzaktan akraba olan ve muhtemelen insanlar da dahil olmak üzere hayvanlar tarafından paylaşılıyor.

Dünyadaki hemen hemen tüm hayvanlar için yaşam, yumurta hücresi zarına doğru yol alan bir sperm hücresi ile başlar. Bir şekilde iki hücre birbirini tanıyor ve birbirine bağlanıyor. Daha sonra spermin kafası, göz açıp kapayıncaya kadar, sanki bir kapıdan geçiyormuş gibi yumurtanın içine girer. Artık kaynaşmış hücre bir zigottur ve yeni bir hayvana dönüşmeye hazırdır.

Önceki araştırmalarda bilim insanları, memeli sperminde, balık sperminde de bulunan ve döllenme için gerekli olan dört protein bulmuştu. Ancak hiç kimse yumurtayı yerleştirmek için ekip olarak çalışıp çalışamayacaklarını veya nasıl çalışabileceklerini bilmiyordu.

Yeni çalışmada, Viyana Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü’nde moleküler ve gelişimsel biyolog olan Andrea Pauli ve çeşitli kurumlardan işbirlikçileri, sperm proteinlerinin döllenme sırasında nasıl işbirliği yaptığını sordu.

Araştırmacılar geçen hafta Nobel Kimya Ödülü’nü paylaşan AlphaFold teknolojisine güvendiler. Proteinin şeklini tahmin etmek için yapay zekayı kullanıyor. Ekip, AlphaFold’u kullanarak memeliler ve balıklar arasında paylaşılan dört sperm proteinini, zebra balığı testislerinin hücre yüzeylerinde bulunan yaklaşık 1.400 diğer proteinden oluşan bir kütüphaneyle karşılaştırarak potansiyel ortaklar aradı.

Dr. Pauli’nin laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Victoria Deneke, “Doğru zamanda doğru yerde olacağını bildiğimiz bir şeyi bulmak istedik” dedi.

AlphaFold için bile bu bir meydan okumaydı. Kampüsün bilgi işlem kaynaklarını tekeline alan Dr. Deneke, “İki ya da üç haftadır çalışıyordu” dedi.

Dr. Pauli, “Enstitüdeki diğer insanlar o kadar da mutlu değildi” diye ekledi.

Son olarak AlphaFold, iki ortak doğal sperm proteininin, daha önce bilinmeyen üçüncü bir proteinle birlikte birbirine bağlanarak üçlü bir ekip oluşturacağını öngördü.

Laboratuvar deneyleri programın tahminini doğruladı: Yeni keşfedilen üçüncü proteinden yoksun erkek zebra balığı, erkek fareler gibi kısırdı. Spermleri normal şekilde yüzer ancak yumurtayla kaynaşamaz. Bilim insanları ayrıca hem zebra balıklarında hem de insanlarda üç sperm proteininin tek bir birim olarak işlev gördüğüne dair biyokimyasal kanıtlar buldu.

Dr Pauley, aynı önemli paketin dikenli hayvanların çoğunda ya da hepsinde mevcut olmasının muhtemel olduğunu söyledi.

Spermdeki protein demetini, yumurta hücresinin kilidine uyan bir tür anahtar gibi tanımladı. Balıklarda bu kilit, fedai adı verilen bir proteindir; bu kullanışlıdır çünkü sperm kafası onsuz yumurtaya giremez.

Önceki araştırmalar, memeli yumurtalarında, üç proteinli paketteki proteinlerden birine bağlanan bir kilit molekülünü de tanımlamıştı. İşin tuhafı, memeli kilidi bekçi değil. Juno adı verilen alakasız bir protein.

Bu, tarihte bir yerlerde hayvanların, sperm protein paketine bağlanacak farklı yumurta proteinleri geliştirmiş olmaları gerektiği anlamına gelir. Bu bir gizem sunuyor: Kilit değişti ama bir şekilde “sperm anahtarı aynı kaldı” dedi Dr. Pauli.

“Cevabı bilmek istiyoruz” diye ekledi.

Yeni araştırmaya dahil olmayan Delaware Üniversitesi’nden üreme biyoloğu Amber Kruchounas, yeni çalışmayı “gerçekten heyecan verici” olarak nitelendirdi.

Bu yılın başlarında farklı bir araştırma grubu bağımsız olarak AlphaFold’u kullandı. beklenti Aynı üçlü protein paketi memelilerde de mevcuttur. Dr. Krochounas, “İki bağımsız grubun aynı sonuçlara ulaşması kesinlikle sonuçlara olan güvenimizi artırıyor” dedi.

Ancak “döllenmenin sırlarını ortaya çıkarmak için kesinlikle yapılması gereken daha çok iş var” dedi. Örneğin bazı sperm proteinlerinin memeliler ve balıklar arasında paylaşıldığı biliniyor ancak bu paketin bir parçası değil; Onlar ne yapıyor?

Dr. Pauli, “Bu, çok az moleküler yanıtı olan temel bir sorudur” dedi. “Bu muhteşem.”