流線型精子背後的蛋白質為研發男性避孕藥具提供了條件
在2008年北京奧運會上,穿著Speedo有爭議的LZR Racer泳衣的游泳運動員打破了25項世界紀錄中的23項,證明了流線更加精簡的優勢。日本的一項新研究表明,同樣的理論也適用於精子。精子必須穿過雌性生殖道才能使卵子受精。在數以億計的精子爭奪一個卵子的情況下,在競爭中擁有優勢是至關重要的。精子的流線型設計使其能夠快速移動,從而提供這種優勢。
眾所周知,未成熟的精子(精子)被細胞質(一種膠狀液體)所包圍。為了變得更加精簡,在成熟的精子從創造它們的Sertoli細胞中釋放出來之前必須丟棄這種細胞質,這個過程稱為精子形成。儘管在以前的研究中已經觀察到精子細胞質的脫落過程,但其背後的分子機制仍不清楚。
在發育成卵子或精子的生殖細胞內,存在著富含RNA的微小無膜結構,稱為Nuage。Nuage被認為對生殖細胞的特化至關重要,並與參與精子生產的蛋白質編碼基因–睾丸特異性絲氨酸激酶底物(TSKS)相互作用。
來自日本大阪大學的研究人員研究了使用CRISPR/Cas9系統刪除小鼠體內TSKS的整個編碼序列如何影響它們產生的精子的形狀。
該研究的共同第一作者Keisuke Shimada說:”利用基因組編輯技術,我們開發了一個TSKS被破壞的小鼠模型。我們發現,來自TSKS被破壞的小鼠的精子未能形成流線型,導致男性不育。”
研究人員發現,中斷TSKS意味著精子不能產生兩種特定的細小體,即網狀體(RB)和染色體體的殘留(CR)。沒有RB和CR,小鼠的精子就不能正常地脫落其細胞質,最終導致細胞死亡(凋亡)。該研究表明,TSKS是形成RB和CR新的關鍵。
該研究的共同第一作者Soojin Park說:”我們的結果顯示,RB和CR nuage的生成依賴於TSKS。TSKS是精子消除細胞質和適應流線型蝌蚪形狀所必需的”。
雖然該研究強調了TSKS和nuage之間的聯繫,但細胞質消除過程的分子機制仍然是一個謎,需要進一步研究。
研究人員說:”即使在TSKS功能和成精過程之間有許多缺失的環節,但如果我們獲得更多關於TSKS和相關蛋白的知識,就有可能理解這些機制。”
無論如何,該研究的發現與診斷和治療不孕症有關,並對開發男性避孕藥具具有潛力。
研究人員說:”我們的研究可以促進我們對精子生成的理解,對特發性男性不育症的遺傳診斷,以及對不育症患者的治療。如果我們能找到抑制精子形成的化合物,這些發現可能會帶來男性避孕藥的開發進展”。
這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。