Cell头条：破解精子与卵细胞的结合过程

　　

生物通报道：来自瑞典卡罗琳斯卡医学院（Karolinska Institutet），日本名城大学（Meijo University）的研究人员通过分析卵细胞蛋白膜，发现了卵细胞与精子直接接触部位的结构，这为解析生育的奥秘，以及理解不孕不育的原因，提供了重要的理论基础，也有助于设计非激素类的避孕药。这一研究成果公布在Cell杂志上。

精子与卵细胞结合的过程一直以来都受到科学家们的关注，研究认为，成熟的卵细胞离开卵巢之后，就会来到输卵管中，此次精子也会来到输卵管，但是两者并不能马上结合。首先精子需要破除卵子外围的保护层，这些由丰富的粘多糖和糖蛋白组成的保护层阻止精子与卵子结合。其次是融合的过程，开始融合时卵细胞膜上的绒毛先将精子抱合，两者的细胞膜逐渐融合，并释放皮质颗粒，使透明带硬化阻止其余精子再进入，以免多个精子与一个卵子结合。

在这个过程中，卵细胞透明带作用重要，因为透明带内外表面各点上的受体会对精子进行识别，种识别保证了人卵子只能和人精子结合的专一性。经过识别后，透明带才分解，允许精子进入卵细胞内。然而一直以来，科学家们并不了解这一受体识别过程。

在这篇文章中，研究人员利用欧洲同步辐射装置（European Synchrotron Radiation Facility, ESRF）收集的数据，解析了受精过程中，卵子与精子相互作用的机制。

研究人员破解了完整受卵体（egg receptor，同雌雄同体动物的受卵器）的三维结构，绘制出了卵细胞与精子结合的受体分子——ZP3的三维结构，从而了解了这一基本生物学过程的相关机制。

这项研究为人们了解卵细胞受体如何分泌，以及如何形成其结构的过程提供了重要信息，也对于人类生殖医学具有重要意义，在这一成果的基础上，科学家们将能进一步阐明由于受体基因突变而造成的不孕不育的机制，而且这项研究也可以帮助研究人员设计针对卵子-精子相互作用的非激素类特异性避孕药。

除此之外，近期研究人员在精子卵子的研究方面也获得了其它的相关进展，比如同样发表在Cell上的文章中，研究人员获得了精子生理特征研究方面的新进展：发现了研究男性生殖问题的一个新靶位。

研究发现Hv1仅容许精子胞核内的质子向胞浆内排出，这个过程并不可逆，并且质子进入胞浆后就诱导细胞内环境碱化，激活精子，使得精子拥有快速游动的能力。科学家们认为，Hv1可能成为研究男性生殖问题的一个新靶位，比如，研制避孕药或是治疗不孕症。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Insights into Egg Coat Assembly and Egg-Sperm Interaction from the X-Ray Structure of Full-Length ZP3

Highlights
The structure of sperm receptor ZP3 reveals a homodimer essential for secretion
A core β strand propeptide blocks premature assembly by intercalating between domains
Disulfide clustering suggests how the specificity of egg coat assembly is regulated
An O-linked glycan conserved from chicken to human is important for sperm binding
Summary
ZP3, a major component of the zona pellucida (ZP) matrix coating mammalian eggs, is essential for fertilization by acting as sperm receptor. By retaining a propeptide that contains a polymerization-blocking external hydrophobic patch (EHP), we determined the crystal structure of an avian homolog of ZP3 at 2.0 Å resolution. The structure unveils the fold of a complete ZP domain module in a homodimeric arrangement required for secretion and reveals how EHP prevents premature incorporation of ZP3 into the ZP. This suggests mechanisms underlying polymerization and how local structural differences, reflected by alternative disulfide patterns, control the specificity of ZP subunit interaction. Close relative positioning of a conserved O-glycan important for sperm binding and the hypervariable, positively selected C-terminal region of ZP3 suggests a concerted role in the regulation of species-restricted gamete recognition. Alternative conformations of the area around the O-glycan indicate how sperm binding could trigger downstream events via intramolecular signaling.