Vedci odhalili komplex troch proteínov, ktoré sú umiestnené na spermii a počas oplodnenia sa prichytávajú na povrch vajíčka.
Nový výskum ukazuje, že komplex troch proteínov na myších spermiách (DNA označená modrou, vľavo dole) umožňuje spermiám prichytiť sa k vajíčku (cytoplazma červenou, DNA modrou, hore) prostredníctvom receptorového proteínu Juno (zelenou). Zdroj: Yonggang Lu, Univerzita v Osake
Priam až čarovné spojenie spermie a vajíčka je jedným z najfascinujúcejších priblížení, ktoré môžeme vďaka novodobým technológiám pozorovať na vlastné oči. No veľa toho, čo sa v kľúčovom momente udeje, ostáva zahalené rúškom tajomstva. Nástroj umelej inteligencie, ocenený jednou z tohtoročných Nobelových cien, odhalil intímne detaily molekulárneho stretnutia spermie a vajíčka.
Oplodnenie na molekulárnej úrovni
Dva tímy vedeckých pracovníkov využili program AlphaFold, technológiu poháňanú umelou inteligenciou, ktorá predpovedá štruktúru proteínov. Na základe vlastných zistení oba tímy nezávisle od seba identifikovali komplex troch proteínov, ktoré sú umiestnené na hlavičke spermie a počas oplodnenia sa prichytávajú na povrch vajíčka. V skratke ich môžeme označiť za akýchsi dohadzovačov medzi samčími a samičími pohlavnými bunkami. Bez nich by sexuálna reprodukcia mohla skončiť v slepej uličke.
„Výsledky, ktoré vedci publikovali v časopise Cell, konkurujú predchádzajúcej predstave, že iba dva proteíny – jeden na vajíčku a jeden na spermiách – stačia na zabezpečenie oplodnenia,“ povedala Enrica Bianchiová, reprodukčná biologička na Rímskej univerzite Tor Vergata. „Už to nie je ten starý koncept zámky a kľúča na otvorenie dverí,“ doplnila.
Napriek kľúčovej úlohe je proces oplodnenia, pri ktorom dochádza k spojeniu vajíčka a spermie stavovcov, molekulárnou záhadou, ktorú je ťažké rozlúštiť. Spojenie týchto dvoch buniek zahŕňa proteíny, ktoré sa nachádzajú v lipidovej membráne, čo sťažuje ich štúdium pomocou štandardných biochemických metód. Interakcie medzi týmito proteínmi sú často slabé a trvajú veľmi krátko. Navyše sa väčšinou dejú vnútri tela.
Snímka spermie ryby dania pásikavého naviazanej na vajíčko. Zdroj: Research Institute of Molecular Pathology
Trojica proteínov
Andrea Pauliová, molekulárna biologička z Výskumného ústavu molekulárnej patológie vo Viedni, a jej kolegovia sa rozhodli sledovať pohlavné bunky malých rýb rodu danio pásikavé. Tie totiž vypúšťajú vajíčka a spermie do vody. Aby sa výskumníci vyhli ťažkostiam pri práci s membránovými proteínmi v laboratóriu, použili AlphaFold.
Ukázalo sa, že tri proteíny spermií (Izumo1, Spaca6 a Tmem81) sa spoja a vytvoria komplex – trimér. Dva z nich už boli v minulosti označené za dôležité z hľadiska reprodukcie. Pri práci v laboratóriu Pauliová a jej kolegovia potvrdili, že aj tretí proteín je rozhodujúci v procese oplodnenia pri rybách a myšiach.
Ďalší tím, vedený biológom Lucom Jovinom z Karolinska inštitútu, ktorý publikoval svoju prácu v časopise eLife, analyzoval pomocou programu myšacie a ľudské proteínové štruktúry a zistil, že trimér môže tvoriť väčší komplex s receptorom a ďalším proteínom (CD9) na povrchu vajíčka.
Vedci prišli na to, že pri daniu pásikavom vytvára trimér na spermii väzbové miesto pre proteín vajíčka nazývaný bouncer. Vďaka tomuto mechanizmu sa dve pohlavné bunky môžu navzájom rozpoznať. „Je to spôsob, ako povedať: Spermia, našli ste vajíčko. Vajíčko, našli ste spermiu,“ uviedol Andreas Blaha, biochemik z Výskumného ústavu molekulárnej patológie a spoluautor článku.
Tieto a ďalšie zistenia môžu jedného dňa slúžiť ako marker, ktorý sa bude dať sledovať u ľudí trpiacich neplodnosťou, aby sa zistilo, či by príčinou nemohli byť problémy s týmto komplexom.
(JM)
