新研究發現精子中氨基酸的改變可能是不育的原因

精子在創造新生命中起著至關重要的作用，提供了所需遺傳物質的一半。

這一過程的成功依賴于產生具有發育能力的精子細胞，而這通常是由形狀決定的。事實上，在體外受精過程中，“**看”的精子會被挑選出來與卵子受精。

然而，由于許多混雜因素，很難評估這種**形狀如何轉化為適當的精子功能。

密歇根大學的研究人員正在深入研究精子形成的分子水平細節，特別關注這一過程中的異常如何導致男性因素不育。

與身體的其他細胞不同，精子具有一個獨特的特征——它們的遺傳物質中充滿了一種叫做精蛋白的蛋白質。

蛋白蛋白存在于各種生物體中，如植物、魚類和哺乳動物，它們經歷了數億年的進化。

這種基于精蛋白的精細胞包裝系統的重要性提出了一個有趣的問題:為什么精子使用精蛋白來包裝DNA，而不是其他所有細胞類型都使用的組蛋白?

為了揭示精蛋白在生殖中的重要性，Saher Sue Hammoud博士、Sy Redding博士、Lindsay Moritz博士、Samantha Schon博士和他們的團隊對精蛋白的分子序列組成進行了深入的研究，以了解蛋白質影響功能的變化。

人類遺傳學、婦產科和泌尿學副教授Hammoud說:“我們開始研究蛋白蛋白，因為它們存在于許多動物物種中，而且它們也在快速進化，所以序列上有很多變化。”

大多數哺乳動物有多種類型的蛋白蛋白，這些需要保持在一個明確的比例，而這個比例的偏差與不孕有關。

傳統觀點認為，蛋白蛋白在將DNA緊密包裝成稱為染色質的致密結構方面特別有效，因為它們富含精氨酸，精氨酸是一種帶正電的氨基酸，可以與帶負電的DNA緊密結合。

然而，最近的研究表明，精蛋白也有非精氨酸氨基酸，這些氨基酸是物種特異性的，并且具有意想不到的翻譯后修飾，這些修飾會在蛋白質合成后發生化學變化。

這項研究發表在《自然結構與分子生物學》雜志上，探索了蛋白蛋白以前未被認識到的特征。

“眾所周知，相互作用和包裝DNA的分子具有帶正電的特征。這項工作真正美妙之處在于它揭示了我們從未真正考慮過的嵌入這些蛋白質的其他邏輯，其他氨基酸也起著非常重要的作用，”麻省大學陳醫學院生物化學和分子生物技術助理教授Redding說。

此外，令人感興趣的是蛋白蛋白翻譯后修飾的存在，盡管事實上精子沒有轉錄活性。

“事實上，蛋白蛋白上有所有這些不同的修飾，這表明這些修飾一定在染色質包裝中起著某種作用。”

他們利用小鼠分析了成熟小鼠精子中存在的一種特定于小鼠精蛋白的改良賴氨酸殘基。用丙氨酸氨基酸代替賴氨酸(丙氨酸不能修飾)導致精子形狀異常，胚胎發育受損，生育能力降低。

更令人驚訝的是，用帶正電的精氨酸代替賴氨酸并沒有糾正有缺陷的精子包裝，這意味著相互作用超出了分子的電荷。

男性因素導致的不孕癥往往缺乏明確的原因，這就突出了研究這些修飾的重要性。

密歇根大學婦產科助理教授、該論文的**作者之一Schon指出:“我認為這些修改很有趣，因為它是研究和確定不孕癥原因的另一種途徑，而且它可能在早期胚胎中發揮作用，作為試管嬰兒的潛在診斷工具和受精后具有巨大的意義。”

研究小組希望接下來能更詳細地研究精子細胞包裝的機制，希望能在體外完全重現這一過程。

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