為了贏,精子能給同伴“下毒”
2021年02月19日10:34

  來源:科研圈

圖片來源:Pixabay
圖片來源:Pixabay

  精子之間的競爭相當激烈——只有最先抵達的精子才能與卵子融合,完成受精。近日,一組德國研究者發現了一種能影響精子快速遊動的 RAC1 蛋白。當這種活性蛋白水平達到最佳值時能夠提高單個精子的競爭力。此外,有些精子可能會通過給其他精子“下毒”來達到它們的“最終目的”。

  翻譯 | 李姍珊

  編輯 | 魏瀟

  精子遊向卵子的過程是名副其實的生命競賽。決定競賽贏家的難道純粹是運氣麼?一項新研究顯示,不同精子之間的競爭能力也有差別。在小鼠中,一種天生的“自私” DNA 片段打破了傳統的基因遺傳規律。攜帶這種基因片段的精子成功幾率高達 99%。

  來自德國馬克斯·普朗克分子遺傳學研究所(Max Planck Institute for Molecular Genetics,MPIMG)的研究團隊描述了這種名為“t-單倍型”(t-haplotype)的基因片段是如何提高受精成功率的。

  研究團隊的實驗首次發現,攜帶 t-單倍型片段的精子漸進性(progressive)更強,即直線前進的速度相較普通精子要更快,因此這些特殊精子在卵子受精過程中更具優勢。研究者對單個精子的分析顯示,移動過程中前進慢的精子一般具有普通的遺傳信息,而前進程度更快的精子一般攜帶 t-單倍型片段。

  最重要的是,研究者將這種精子移動上的差別與 RAC1 蛋白聯繫了起來。這種分子通過激活其他蛋白,將信號從細胞外傳輸至胞內。此前研究顯示,RAC1可能參與將白細胞或癌細胞引導至散發化學信號細胞的過程。這項新研究顯示,RAC1 可能還負責將精子細胞導航至卵子,讓精子“嗅到”它們的目標。

  “單個精子的競爭力取決於 RAC1 的活性水平;RAC1 活性過高或過低都可能幹擾精子前進,”本研究第一作者、MPIMG學者 Alexandra Amaral 表示。

  跑贏對手

  研究者發現,如果小鼠的 17 號染色體中只有含有單個 t-haplotype (雜合子),那麼它產生的精子中只有部分具備直線移動能力,而另一些則表現較差。他們檢測了單個精子,發現基因“普通”的精子大多無法直線前進。但在向精子群施加 RAC1 抑製物後,基因“普通”的精子也具備了前進性,並且 t-haplotype 精子的優勢消失了。這表明RAC1 活性異常可能幹擾精子的漸進運動能力。

  該結果解釋了為什麼 17 號染色體上攜帶一對 t-haplotype 的雄性小鼠(純合子)表現出不育。這些小鼠產生的所有精子都攜帶 t-haplotype,其中 RAC1 活性水平顯著高於基因正常的小鼠產生的精子,且基本無法遊動。

  此外,對於 17 號染色體上均不攜帶 t-haplotype 的正常小鼠來說,給它們的精子施加 RAC1 抑製劑後,精子的漸進運動也被幹擾了。因此,RAC1 活性過低也對雄性小鼠不利。研究者猜測,部分男性不育可能與上述 RAC1 的活性異常有關。

  給競爭對手“下毒”

  “攜帶 t-單倍型的精子還可能會幹擾其他不具備該片段的精子,” MPIMG發育遺傳學部門主任、柏林夏里特醫學院遺傳醫學部主任 Bernhard Herrmann 說道。“這裏的精妙之處在於,它給所有精子‘下毒’,同時為自己生產解毒劑。”他解釋道。“我們可以把這種情況想像一場馬拉松。參加比賽的所有選手都喝下了毒藥,只有少數幾位選手同時還喝瞭解藥。”

  就如他與同事們發現的那樣,t-單倍型片段中的部分變異可能會在精子發生的早期就產生干擾分子,擾亂正常精子運動。只要攜帶 t-單倍型,小鼠產生的所有精子都攜帶這種干擾分子,也就是被“下毒”。

  而“解毒藥”直到精子成熟期才會起效。這個過程中減數分裂讓每個精子只含有一半的染色體。擁有 t-單倍型的那一半精子才能夠逆轉干擾分子造成的負面影響。

  “我們的研究顯示,精子是毫不留情的競爭者,” Herrmann 表示。此外,t-單倍型的例子顯示,一些基因可能通過“肮髒手段”保證自己得到延續的機會。“遺傳差異讓部分精子在生命競賽中獲得優勢,這保證了一些特定基因變異能夠傳遞給下一代,”研究者表示。

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽