文章信息
文章題目：Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2023年6月8日
主要內容：西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、西湖實(shí)驗室吳建平團隊與浙江大學(xué)桂淼團隊聯(lián)合南京醫科大學(xué)劉明兮團隊，在Cell雜志上發(fā)表了文章 Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility，該研究首次解析了小鼠和人的精子鞭毛微管二聯(lián)體復合物的冷凍電鏡結構，鑒定了多個(gè)精子特異的微管結合蛋白，并由此發(fā)現了一類(lèi)新型的弱精癥亞型。該工作為理解精子運動(dòng)的結構基礎以及相關(guān)男性不育癥的診斷和治療提供了重要線(xiàn)索。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.009
使用TransGen產(chǎn)品：
ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)
研究背景
精子“翻山越嶺”遇見(jiàn)卵子的能力，是生命發(fā)生的必要條件。如果精子的運動(dòng)能力出現異常，自然受孕的成功率便會(huì )大大降低；當精液中精子向前運動(dòng)的比例低于32%時(shí)，則被定義為“弱精癥（asthenozoospermia）”。這是目前男性不育的常見(jiàn)病因。承擔精子運動(dòng)主要動(dòng)力的鞭毛，是一種細長(cháng)而彎曲、具有運動(dòng)功能的細胞器，存在于精子或者一些單細胞生物上。比如氣管纖毛可以幫助人體排出氣管內的廢物；衣藻鞭毛可以帶動(dòng)衣藻在水中游動(dòng)；精子努力向卵子游動(dòng)，靠的就是精子鞭毛的規律性擺動(dòng)。如果說(shuō)精子是一輛“汽車(chē)”，那么鞭毛就是汽車(chē)的“發(fā)動(dòng)機”，一旦“發(fā)動(dòng)機”出了故障，“汽車(chē)”便無(wú)法啟動(dòng)?？梢灶A見(jiàn)，鞭毛的結構中很可能蘊含著(zhù)理解精子運動(dòng)的重要線(xiàn)索。
精子結構示意圖及其軸絲橫截面示意圖
從上圖我們可以看到，鞭毛通常被分為頸部、中段、主段和末段，其主體的中央貫穿著(zhù)一個(gè)巨大的分子機器——軸絲。在軸絲的橫切面可以觀(guān)察到9個(gè)微管二聯(lián)體環(huán)繞著(zhù)中央2個(gè)單體微管，即經(jīng)典的“9+2”結構。這個(gè)“9”很重要，它們就像混凝土中的鋼筋一樣，對鞭毛起到支撐作用。但它的結構卻一直是個(gè)謎。
文章概述
首先，研究人員解析了小鼠和人類(lèi)精子的微管二聯(lián)體結構，在分辨率更高的小鼠精子微管二聯(lián)體中共鑒定了多達49個(gè)不同的蛋白組分。
小鼠精子微管二聯(lián)體高分辨率結構
他們發(fā)現，與已有的牛的氣管纖毛微管二聯(lián)體結構比較，除了一種FAM166B蛋白，其他在牛的氣管纖毛微管二聯(lián)體中的微管腔內結合蛋白（Microtubule inner protein, MIP）均存在于小鼠精子鞭毛中。不同的是，他們在小鼠精子微管二聯(lián)體中鑒定到了額外的10種精子特異的MIP蛋白，包括一個(gè)去磷酸化酶DUSP21。在小鼠精子微管二聯(lián)體的外部區域，還發(fā)現了一個(gè)蛋白激酶TSSK6的結合。這表明小鼠精子鞭毛微管二聯(lián)體相比其他鞭毛系統的微管二聯(lián)體組成更加復雜，有助于進(jìn)一步穩定精子鞭毛結構，來(lái)適應其劇烈擺動(dòng)的功能。
然后對比人類(lèi)精子鞭毛微管二聯(lián)體與小鼠精子微管二聯(lián)體，前者體內也擁有大部分MIP蛋白，包括新鑒定的多種精子特異MIP蛋白，二者之間的差別僅僅是人類(lèi)精子內缺少了一種DUSP21蛋白，以及小鼠精子特異的MIP蛋白Tektin5和FAM166A的拷貝數在人精子微管二聯(lián)體中有所減少。至此，研究團隊已經(jīng)比較清楚地看到了精子微管二聯(lián)體在不同物種之間的差異性，他們大膽預測，這些精子中獨有的MIP蛋白可能會(huì )對精子鞭毛的穩定性和精子運動(dòng)調控發(fā)揮重要作用。
小鼠與人精子微管二聯(lián)體結構比較
隨后，研究團隊募集了281位非MMAF的男性不育患者，這些患者的精子形態(tài)看起來(lái)與正常人一樣，但是精子的運動(dòng)功能異常，無(wú)法完成正常受精。通過(guò)對這些患者進(jìn)行外顯子測序分析，研究團隊果然發(fā)現其中32位患者攜帶了與MIP蛋白相關(guān)的突變，這些病例涵蓋了10種MIP蛋白，共涉及到17種突變形式，其中8種MIP蛋白是首次發(fā)現與男性不育癥有關(guān)。
臨床鑒定MIP突變的流程圖和32位MIP相關(guān)的弱精癥患者概覽
進(jìn)一步分析，研究團隊發(fā)現這些突變位點(diǎn)在精子微管二聯(lián)體中的分布較為分散，這表明微管二聯(lián)體內不同區域的異常都可能導致自身結構破壞，進(jìn)而引起精子功能異常。由此，研究團隊提出了一類(lèi)新型弱精癥亞型，稱(chēng)為“MIP突變相關(guān)弱精癥（MIP variants-associated asthenozoospermia，簡(jiǎn)稱(chēng)MIVA）”。這類(lèi)弱精癥患者的精子共同特征是精子運動(dòng)能力受損，鞭毛擺動(dòng)異常，軸絲結構受損，但形態(tài)無(wú)明顯的缺陷。
綜上，這一研究結果為我們理解不同物種和組織中微管二聯(lián)體的特異性以及深入研究和理解精子鞭毛的功能和調控奠定了重要基礎，為相關(guān)的男性不育癥的診斷提供了新的思路，并為潛在的治療干預提供了新的途徑。
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金的蛋白純化產(chǎn)品ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)助力本研究。
ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)
本產(chǎn)品對His標簽蛋白具有特異吸附能力，從而使His標簽蛋白結合在Ni-NTA純化介質(zhì)上，未結合的蛋白被洗滌下去，結合在介質(zhì)上的蛋白經(jīng)過(guò)一定濃度的咪唑或低pH緩沖液溫和洗脫下來(lái)，得到高純度的目的蛋白。自上市以來(lái)多次榮登Cell、Nucleic Acids Research等知名期刊，助力科學(xué)研究。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 吸附容量大。
● 選擇性好。
● 通透性強。
● 易于再生。
全式金產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認可，也完美詮釋了全式金一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶(hù)”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來(lái)能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續助力科研。
使用ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Zhou L N, Liu H B, Liu S Y, et al. Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility [J].Cell, 2023.
? Guo L J, Zhao Y L, Zhang Q, et al. Stochastically multimerized ParB orchestrates DNA assembly as unveiled by single-molecule analysis [J]. Nucleic Acids Research, 2022.
? Liu Y, Yu T F, Li Y T, et al. Mitogen-activated protein kinase TaMPK3 suppresses ABA response by destabilizing TaPYL4 receptor in wheat [J]. New Phytologist, 2022.
? Zhang Q, Chen Z T, Wang F Z, et al. Efficient DNA interrogation of SpCas9 governed by its electrostatic interaction with DNA beyond the PAM and protospacer [J]. Nucleic Acids Research, 2021.
? Zhang Y, Guo Y H, Wang H L, et al. Verticillium dahliae Secretory Effector PevD1 Induces Leaf Senescence by Promoting ORE1-Mediated Ethylene Biosynthesis [J]. Molecular Plant, 2021.
? Gao Y H, Li Z, Yang C Y, et al. Pseudomonas syringae activates ZAT18 to inhibit salicylic acid accumulation by repressing EDS1 transcription for bacterial infection [J]. New phytologist, 2021.
? Wang Z L, Wang S, Xu Z, et al. Highly Promiscuous Flavonoid 3?O?Glycosyltransferase from Scutellaria baicalensis [J]. Organic Letters, 2019.
? Chen K ,Hu Z M, Song W, et al. Diversity of O?Glycosyltransferases Contributes to the Biosynthesis of Flavonoid and Triterpenoid Glycosides in Glycyrrhiza uralensis [J]. ACS Synthetic Biology, 2019.
