《科學》：精子向前衝的關鍵發現了

原創 代絲雨 奇點網

不久之前，《科學進展》雜誌上的一篇論文讓我們認識到了精子真正的運動方式。原來，它們並不是三百多年來人們以為的，左右擺尾前進，而是像鑽頭一樣地螺旋向前衝。

當時還有讀者在留言中開玩笑，說可以搞個精子式的泳姿。不過奇點糕覺得，這個運動方式也太複雜了，咱們笨拙的人類恐怕是搞不定。

那麼精子們何以能夠一邊“愛的魔力轉圈圈”，一邊又筆直地衝向目標呢？

近期發表在《科學》雜誌上的一項研究為我們揭示了其中的關鍵。來自法國的科學家團隊發現，一種少有研究的蛋白質修飾方法——甘氨酸化（glycylation），是精子鞭毛正確運動的關鍵。無法甘氨酸化，精子就只能原地打轉，無法前進了。這項研究登上了當期《科學》雜誌的封面。

我們知道，人體中的蛋白質由DNA編碼，但在本身的結構之上，它還可以接受各種各樣的化學基團修飾，以此實現更加豐富的功能。像是微管蛋白，它是細胞骨架的主要成分，支撐細胞的形態；微管蛋白也會構成突出細胞表面，像天線一樣的纖毛和鞭毛，精子游泳的小尾巴正是一條鞭毛。

不過我們對很多蛋白修飾方法的作用都還不怎麼了解。在研究微管蛋白的過程中，科學家們發現有一種修飾方法主要出現在纖毛和鞭毛上，在細胞質內的微管蛋白中卻不怎麼常見，那就是甘氨酸化。

微管蛋白的甘氨酸化是透過兩個過程實現的，涉及到三種不同的微管蛋白-酪氨酸連線酶樣甘氨酸化酶（TTLL）。TTLL3和TTLL8在未經修飾的微管蛋白上新增第一個甘氨酸殘基，TTLL10則負責延長甘氨酸鏈。

甘氨酸化

研究者嘗試著敲除了小鼠體內的TTLL3和TTLL8，這樣小鼠就完全無法進行甘氨酸化了。

這種雙敲除小鼠可以正常長大，表現和正常小鼠一樣，研究者檢查了它們的各種組織，也沒有發現異常。不過這些小鼠的平均產仔的數量要比正常小鼠少個兩成左右，所以研究者認為它們的生育能力應該存在一些問題。

透過體外受精分析，果然，雙敲除小鼠的精子體外受精成功率只有正常小鼠的四分之一，可見這些精子，不太健康。

分析精子的健康程度主要看三個標準，精子細胞數量、形態和活力。經過檢查，這些精子的問題主要出現在運動能力上，不僅衝勁兒強的精子比例明顯下降了，而且精子的曲線速度（VCL）、直線速度（VSL）、平均路徑速度（VAP）這三個運動學引數也都明顯下降了。

甘氨酸化的缺失明顯干擾了鞭毛的正常功能。研究者發現雙敲除精子鞭毛的曲率要比正常精子高3倍以上，而震動幅度只有正常的一半，整體運動頻率也非常不協調。這使得精子沒有辦法正常前進，最終表現為一種在原地轉圈圈的運動方式。

計算機記錄下的精子運動軌跡

那麼到底缺失甘氨酸化給鞭毛帶來了什麼變化呢？

研究者透過冷凍電鏡分析了雙缺失精子的鞭毛結構，發現微管蛋白的組裝是沒有問題的，鞭毛的結構也很正常，但是肌動蛋白無法協調地活動，因此鞭毛也就不能正常運轉了。

蛋白結構出現了微小的改變

研究者指出，這種機制很可能是導致精子缺陷的原因之一，這項發現很可能會成為治療弱精症的一個突破。

參考資料：

［1］https：//science。sciencemag。org/content/371/6525/eabd4914

［2］https：//www。mpg。de/16227844/0107-mozg-keeping-sperm-cells-on-track-151300-x

本文作者 | 代絲雨