马克斯·普朗克学会 光镜数据的计算机辅助分析显示正常精子的线性游动路径(顶部)和缺乏微管蛋白糖基化的突变精子的异常圆形和对角线游动路径(中部和底部)
信用:Gadadhar等人
/ Science 2021 每个真核细胞的基本组成部分是细胞骨架
微管是由一种叫做微管蛋白的蛋白质组成的小管，是细胞骨架的一部分
纤毛和鞭毛是从我们身体的大多数细胞中伸出的天线状结构，包含许多微管
鞭毛的一个例子是精子尾部，这是男性生育力和有性生殖所必需的
鞭毛必须以非常精确和协调的方式跳动，以允许精子逐渐游动
否则会导致男性不育
巴黎居里研究所、德累斯顿马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(CBG)、波恩欧洲高级研究中心(凯撒)以及波恩大学、巴黎科钦研究所和米兰人类技术中心的研究人员现在表明，微管蛋白的一种特殊酶促修饰，称为糖基化，对保持精子直线游动至关重要
这些发现暗示了这种改变的扰动可能是人类某些形式的男性不育的基础
我们身体中的细胞利用我们的脱氧核糖核酸库提取蓝图，其中包含构建结构和称为蛋白质的分子机器的指令
但是故事并没有到此结束:蛋白质可以被称为酶的其他蛋白质修饰
这种改变的发生早已为人所知，然而令人惊讶的是，它们的功能在许多情况下是未知的
我们缺乏深入知识的一个很好的例子是微管蛋白(形成微管的蛋白质)的修饰作用
这些是用来制作细胞支架的长细丝
虽然微管在我们有机体的所有细胞中高度相似，但它们完成多种功能
微管最特殊的功能之一是在精子尾部或鞭毛中发现的
精子鞭毛对男性生育能力至关重要，因此对有性生殖也至关重要
它们必须以非常精确和协调的方式跳动，以允许精子逐渐游动，否则会导致男性不育
为了保持精子直线游动，酶对微管蛋白的修饰是必不可少的
一种修饰叫做糖基化，是迄今为止对微管蛋白探索最少的修饰之一
巴黎居里研究所、德累斯顿马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(CBG)、波恩欧洲高级研究中心(凯撒)的科学家与波恩大学、巴黎科钦研究所和米兰人类技术中心一起对糖基化进行了更深入的研究
他们发现，在没有微管蛋白修饰的情况下，鞭毛跳动的方式受到干扰，导致精子大部分都在转圈
这项研究的第一作者，居里学院的苏达山·加达达尔解释说:“精子鞭毛的核心由微管组成，以及数万个被称为动力蛋白的微小分子马达，它们使得有节奏地弯曲这些微管以产生运动和转向波成为可能
这些动力蛋白运动蛋白的活性必须紧密协调
在没有糖基化的情况下，它们变得不协调，结果，我们突然看到精子在转圈
" 为了找到答案，这项研究的作者创造了一种小鼠品系，这种品系缺乏使微管糖化的酶的遗传蓝图
“我们观察到缺乏糖基化的小鼠精子存在功能缺陷，导致生育能力下降
由于作为模型系统的小鼠被认为具有强健的生育能力，人类的类似缺陷可能导致男性不育，”CNRS(法国国家科学研究中心)居里学院的研究员、该研究的协调员之一卡斯滕·詹克说
为了找出缺乏糖基化导致精子活力紊乱和男性生育力低下的原因，研究小组使用冷冻电子显微镜观察鞭毛及其分子马达的分子结构
对突变精子鞭毛的分析表明，鞭毛的构建是正确的，但这种突变干扰了轴突动力蛋白的协调活动——轴突动力蛋白是驱动鞭毛跳动的马达
这解释了为什么精子的游动受到干扰
为什么这个发现如此重要？其他合作作者，CBG MPI和人类技术中心的盖亚·皮吉诺，以及凯撒研究所的路易斯·阿尔瓦雷斯总结道:“这项研究显示了糖基化对于控制鞭毛动力蛋白马达的重要性，是微管修饰如何直接影响细胞中其他蛋白质功能的一个主要例子
我们的发现提供了直接的证据，证明微管通过微管蛋白修饰的编码在调节基本生物过程中起着积极的作用
此外，这项研究指出了男性不育的新机制
由于精子鞭毛是我们身体中多种纤毛之一，我们期望相似的微管蛋白修饰在各种与纤毛相关的功能中是重要的
因此，我们的工作为更深入地了解多种疾病打开了大门，如发育障碍、癌症、肾脏疾病或呼吸和视力障碍
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