如果没有这个古老的分子钥匙，精子就无法打开卵子

它们是最初的奇怪组合：其中一个巨大、呈球形且一动不动。另一种体型较小，有尾巴，不停地游动。然而，卵子和精子的结合对于地球上每一种有性繁殖的动物都至关重要。

长期以来，这种结合到底是如何发生的一直是科学家们的一个谜。一个 他学习 这项研究结果于周四发表在《细胞》杂志上，依赖于获得诺贝尔奖的人工智能技术，该技术表明，三种蛋白质的连锁组合是让精子和卵子结合在一起的关键。这个重要的包由远亲动物（例如鱼类和哺乳动物）共享，可能包括人类。

对于地球上几乎所有的动物来说，生命都是从精子细胞开始进入卵细胞膜的。不知何故，这两个细胞相互识别并结合在一起。然后，眨眼间，精子的头部就进入了卵子内部，就像穿过一扇门一样。现在融合的细胞是一个受精卵，准备长成新的动物。

在之前的研究中，科学家在哺乳动物精子中发现了四种蛋白质，这些蛋白质也存在于鱼类精子中，并且对于受精至关重要。但没有人知道他们是否或如何能够作为一个团队来插入鸡蛋。

在这项新研究中，维也纳分子病理学研究所的分子和发育生物学家 Andrea Pauli 和来自多个机构的合作者询问了精子蛋白在受精过程中如何合作。

研究人员依赖于 AlphaFold 技术，该技术上周分享了诺贝尔化学奖。它使用人工智能来预测蛋白质的形状。使用 AlphaFold，研究小组能够将哺乳动物和鱼类之间共享的四种精子蛋白与斑马鱼睾丸细胞表面上发现的约 1,400 种其他蛋白库进行比较，寻找潜在的伴侣。

“我们希望找到一些我们知道会在正确的时间出现在正确的地点的东西，”保利博士实验室的博士后研究员维多利亚·德内克 (Victoria Deneke) 说。

即使对于 AlphaFold 来说，这也是一个挑战。 “它运行了两三个星期，”德内克博士说，垄断了校园的计算资源。

“研究所的其他人并不那么高兴，”泡利博士补充道。

最后，AlphaFold 预测两种常见的天然精子蛋白将与第三种以前未知的蛋白质相互结合，形成一个三人组。

实验室实验证实了该程序的猜测：缺乏新发现的第三种蛋白质的雄性斑马鱼是不育的，雄性小鼠也是如此。它们的精子可以正常游动，但无法与卵子融合。科学家们还发现了生化证据，表明斑马鱼和人类的三种精子蛋白作为一个整体发挥作用。

保利博士说，同样的关键束很可能存在于许多或所有有刺的动物身上。

她将精子的蛋白质束描述为一把钥匙，可以插入卵细胞的锁。在鱼类中，这种锁是一种称为弹跳剂的蛋白质，这很方便，因为没有它精子头就无法进入卵子。

先前的研究还在哺乳动物卵中发现了一种锁定分子，它与三蛋白束中的一种蛋白质结合。奇怪的是，哺乳动物的锁并不是守卫。这是一种不相关的蛋白质，称为朱诺。

这意味着在历史上的某个时刻，动物一定进化出了不同的卵蛋白来与精子蛋白包结合。这呈现出一个谜：锁已经改变，但不知何故，“精子钥匙仍然保持不变，”保利博士说。

“我们想知道答案，”她补充道。

未参与这项新研究的特拉华大学生殖生物学家安布尔·克鲁乔纳斯 (Amber Kruchounas) 称这项新研究“非常令人兴奋”。

今年早些时候，另一个研究小组独立使用了 AlphaFold 预期 哺乳动物中也存在同样的三重蛋白质组合。 “两个独立小组得出相同结论的事实无疑增强了我们对结果的信心，”克罗乔纳斯博士说。

然而，她说，“要揭开受精的秘密，肯定还有更多的工作要做。”例如，已知一些精子蛋白在哺乳动物和鱼类之间共享，但不属于该包的一部分；他们在做什么？

“这是一个基本问题，几乎没有分子答案，”泡利博士说。 “太棒了。”