三種蛋白幫助精子（人工上色）與卵子結合。來源：D. Phillips/SPL
導讀：
三個精子蛋白共同作用，成了幫助脊椎動物生育的“媒人”。
Heidi Ledford | 作者
自然系列 | 來源
摘得2024年諾貝爾獎的一個AI工具，揭示了精子與卵子之間分子“邂逅”的詳細過程。
這個能預測蛋白質結構的AlphaFold程式，發現有三個蛋白質會一起作用，作為配子間的“媒人”。如果沒有它們，大量動物（從魚到哺乳動物）的有性繁殖可能都無法實現。
這一研究結果[1]駁斥了之前的一種觀點：只要兩個蛋白就足以完成受精，一個蛋白在卵子上，一個蛋白在精子上，未參與該研究的羅馬第二大學的生殖生物學家Enrica Bianchi說，“現在不是一把鑰匙一把鎖開門的舊觀念了，它更復雜了。”
雖然在生殖上具有關鍵作用，但卵子和精子在脊椎動物中的融合過程其實是個很難破解的分子謎題。這兩個細胞的融合涉及位於油脂膜上的蛋白，所以用標準的生物化學方法很難研究。這些蛋白間的相互作用通常很弱，而且稍縱即逝，研究人員在他們常用的實驗室動物（包括小鼠）體內很難獲得足夠數量的活卵子和精子，以開展大量實驗。
正因為此，生殖生物學的早期研究往往更關注海洋脊椎動物，這些動物會向水中排出大量卵子和精子。“如果你從書架上拿本教科書，然後找受精的內容，你讀到的基本都是海膽，”未參與該研究、英國約克大學生物化學家Gavin Wright說，“這個東西研究起來可不那麼容易。”
為了解決供應的問題，維也納分子病理學研究所的分子生物學家Andrea Pauli和她的同事開始了對斑馬魚的研究，斑馬魚是也會向水中排洩卵子和精子的脊椎動物。為了克服在實驗室研究膜蛋白的困難，團隊利用AlphaFold預測蛋白之間的相互作用。AlphaFold的兩位開發者在10月9日共同獲得了2024諾貝爾化學獎。
AlphaFold預測有三個精子蛋白會一起形成一種複合物。其中兩個蛋白已知對受精很重要。Pauli和她的同事在實驗室研究中確認了第三個蛋白對斑馬魚和小鼠的受精也很關鍵，而且這三種蛋白會在斑馬魚和人類精子中相互作用。
團隊還發現，在斑馬魚中，這三個蛋白能為名為Bouncer的卵子蛋白創造一個結合位點，從而提供一種機制，讓兩個細胞互相識別。“這是在用一種方式說，‘精子，你找到卵子了’以及‘卵子，你找到精子了’。”該論文共同作者、維也納分子病理學研究所的生物化學家Andreas Blaha說。
將來或在該結果基礎上發明一種篩查不孕症的方式，查明這個複合物的問題是否是原因，Wright說。
研究結果顯示出AlphaFold對研究受精的重要作用，他說，“實驗手段是有限的，這些模型研究今後可能會成為中流砥柱。”
[1]Deneke, V. E. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.035 (2024).
原文以AlphaFold reveals how sperm and egg hook up in intimate detail標題發表在2024年10月17日《自然》的新聞版塊上，2025年2月18日首發於微信公眾號“自然系列”，賽先生獲授權轉載。
doi:10.1038/d41586-024-03319-z
星標《賽先生》公眾號，
