研究人员首次揭示了一种使精子游动的蛋白质的结构。
这种蛋白质位于精子的细胞膜上，帮助运送带正电荷的钠离子和氢离子进出细胞。这对于调节细胞的pH值，盐含量和体积，帮助保持细胞的活力和健康起着重要作用。
德国海德堡大学生物化学中心的结构生物学家克里斯蒂娜·保利诺在接受《生活科学》杂志采访时表示:“我们知道，从海胆到老鼠和人类的研究来看，这种蛋白质对精子活力和男性生育能力至关重要。”
然而，先前的研究表明，这种蛋白质在不同动物身上的功能是不同的。保利诺在荷兰格罗宁根大学(University of Groningen)进行了大部分新研究，重点关注海胆中的蛋白质。这些海洋生物的数据不会直接转化为人类生育或节育的药物开发。但这项研究可以指出精子是如何从其他细胞中借鉴技巧来构建自己独特的蛋白质的。
这项研究发表在周三(10月25日)的《自然》杂志上。
2018年的一篇论文显示，这种名为SLC9C1的蛋白质具有奇怪的混配结构。
“它结合了前所未见的机械‘技能’，”保利诺说。这种蛋白质由一段感知细胞膜电压的片段、一段对被称为环AMP的微小分子信使做出反应的片段和一段进行实际离子交换的成分组成。这种结构有点像乐高积木，保利诺说:“不同的部分是已知的，但在这种组合中还没有见过。”
保利诺和她的团队使用了一种叫做低温电子显微镜的技术来研究这种蛋白质。在这项技术中，样品被冷却到零下243.4华氏度(零下153摄氏度)以下，一束电子束通过它们来制作蛋白质复杂扭曲和转动的高分辨率图像。
研究小组发现，在海胆中，这种蛋白质通过在细胞内外交换钠离子和质子，使精子细胞内部更碱性，即碱性或酸性更低。细胞膜电压的变化触发了这种转移——这种方法在这种特殊类型的膜运输蛋白中从未见过。
保利诺说:“这是值得注意的，因为转运蛋白采用或劫持了另一种通常只在另一类膜转运蛋白中发现的构建块，即离子通道。”
Paulino说，研究人员对SLC9C1在男性不育中的可能作用很感兴趣。事实上，这种蛋白质是精子特有的，这意味着它可能成为男性避孕的目标，因为任何破坏这种蛋白质的药物都不会影响体内的其他细胞。
然而，在了解海胆SLC9C1的基本功能和利用这些信息开发男性药物避孕这一难以实现的目标之间，有一个巨大的飞跃，本杰明·考普说，他是波恩大学和马克斯·普朗克多学科科学研究所的生物物理化学家，他没有参与这项新研究。
Kaupp和他的团队最近发表在《自然通讯》杂志上的研究发现，与海胆细胞不同，人类的SLC9C1不会被细胞膜的电压触发而发挥作用。目前尚不清楚是什么控制着人类版本的蛋白质，甚至不清楚人类版本是否像海胆蛋白质那样转移钠离子和质子。
“目前尚未解决的问题是，这种分子在哺乳动物精子中，特别是在人类精子中起什么作用，”考普告诉《生活科学》杂志。“这是钠质子交换剂吗?”还是运输其他东西?如果它是钠质子交换剂，它和海胆有什么区别?”
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