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精子会给同伴“下毒”

时间: 2021年02月18日 | 作者: Admin | 来源: 科研圈
研究者发现,有些精子可能会通过给其他精子“下毒”来达到它们的“最终目的”。


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图片来源:Pixabay


精子之间的竞争相当激烈——只有最先抵达的精子才能与卵子融合,完成受精。近日,一组德国研究者发现了一种能影响精子快速游动的 RAC1 蛋白。当这种活性蛋白水平达到最佳值时能够提高单个精子的竞争力。此外,有些精子可能会通过给其他精子“下毒”来达到它们的“最终目的”。


翻译 | 李姗珊

编辑 | 魏潇

来源 | 科研圈(ID: keyanquan)


精子游向卵子的过程是名副其实的生命竞赛。决定竞赛赢家的难道纯粹是运气么?一项新研究显示,不同精子之间的竞争能力也有差别。在小鼠中,一种天生的“自私” DNA 片段打破了传统的基因遗传规律。携带这种基因片段的精子成功几率高达 99%。


来自德国马克斯·普朗克分子遗传学研究所(Max Planck Institute for Molecular Genetics,MPIMG)的研究团队描述了这种名为“t-单倍型”(t-haplotype)的基因片段是如何提高受精成功率的。


研究团队的实验首次发现,携带 t-单倍型片段的精子渐进性(progressive)更强,即直线前进的速度相较普通精子要更快,因此这些特殊精子在卵子受精过程中更具优势。研究者对单个精子的分析显示,移动过程中前进慢的精子一般具有普通的遗传信息,而前进程度更快的精子一般携带 t-单倍型片段。


最重要的是,研究者将这种精子移动上的差别与 RAC1 蛋白联系了起来。这种分子通过激活其他蛋白,将信号从细胞外传输至胞内。此前研究显示,RAC1可能参与将白细胞或癌细胞引导至散发化学信号细胞的过程。这项新研究显示,RAC1 可能还负责将精子细胞导航至卵子,让精子“嗅到”它们的目标。


“单个精子的竞争力取决于 RAC1 的活性水平;RAC1 活性过高或过低都可能干扰精子前进,”本研究第一作者、MPIMG学者 Alexandra Amaral 表示。



跑赢对手


研究者发现,如果小鼠的 17 号染色体中只有含有单个 t-haplotype (杂合子),那么它产生的精子中只有部分具备直线移动能力,而另一些则表现较差。他们检测了单个精子,发现基因“普通”的精子大多无法直线前进。但在向精子群施加 RAC1 抑制物后,基因“普通”的精子也具备了前进性,并且 t-haplotype 精子的优势消失了。这表明 RAC1 活性异常可能干扰精子的渐进运动能力。


该结果解释了为什么 17 号染色体上携带一对 t-haplotype 的雄性小鼠(纯合子)表现出不育。这些小鼠产生的所有精子都携带 t-haplotype,其中 RAC1 活性水平显著高于基因正常的小鼠产生的精子,且基本无法游动。


此外,对于 17 号染色体上均不携带 t-haplotype 的正常小鼠来说,给它们的精子施加 RAC1 抑制剂后,精子的渐进运动也被干扰了。因此,RAC1 活性过低也对雄性小鼠不利。研究者猜测,部分男性不育可能与上述 RAC1 的活性异常有关。



给竞争对手“下毒”


“携带 t-单倍型的精子还可能会干扰其他不具备该片段的精子,” MPIMG发育遗传学部门主任、柏林夏里特医学院遗传医学部主任 Bernhard Herrmann 说道。“这里的精妙之处在于,它给所有精子‘下毒’,同时为自己生产解毒剂。”他解释道。“我们可以把这种情况想象一场马拉松。参加比赛的所有选手都喝下了毒药,只有少数几位选手同时还喝了解药。”


就如他与同事们发现的那样,t-单倍型片段中的部分变异可能会在精子发生的早期就产生干扰分子,扰乱正常精子运动。只要携带 t-单倍型,小鼠产生的所有精子都携带这种干扰分子,也就是被“下毒”。


而“解毒药”直到精子成熟期才会起效。这个过程中减数分裂让每个精子只含有一半的染色体。拥有 t-单倍型的那一半精子才能够逆转干扰分子造成的负面影响。


“我们的研究显示,精子是毫不留情的竞争者,” Herrmann 表示。此外,t-单倍型的例子显示,一些基因可能通过“肮脏手段”保证自己得到延续的机会。“遗传差异让部分精子在生命竞赛中获得优势,这保证了一些特定基因变异能够传递给下一代,”研究者表示。


原文链接:

https://eurekalert.org/emb_releases/2021-02/m-ssp020221.php