AlphaFold visar intima detaljer om ägg- och spermiebefruktning

AlphaFold visar intima detaljer om ägg- och spermiebefruktning

Ett verktyg för artificiell intelligens som vann Nobelpriset i år, har intima detaljer om det molekylära mötet mellan Spermier och ägg 1 avslöjat.

AlphaFold-programmet, som förutsäger proteinstrukturer, identifierade en trio av proteiner som fungerar som mellanhänder mellan könsceller. Utan dessa proteiner kunde sexuell fortplantning stannade i en mängd olika djur, från zebrafisk till däggdjur.

Den 17 oktoberCellDet publicerade fyndet kullkastar det tidigare antagandet att bara två proteiner - ett på ägget och ett på spermierna - skulle vara tillräckligt för att säkerställa befruktning, säger Enrica Bianchi, en reproduktionsbiolog vid universitetet i Rom "Tor Vergata" som inte var involverad i studien. "Det är inte längre det gamla konceptet att ha en nyckel och ett lås för att öppna dörren", säger hon. "Det har blivit mer komplicerat."

En mystisk förening

Trots dess avgörande roll i reproduktionen är ägg-spermiefusion hos ryggradsdjur ett molekylärt pussel som har visat sig vara svårt att tyda. Sambandet mellan de två cellerna innehåller proteiner som finns i fettmembran och som är svåra att undersöka med vanliga biokemiska metoder. Interaktionerna mellan dessa proteiner är ofta svaga och flyktiga, och det är svårt att samla in tillräckligt med ägg och spermier från några av favoritlaboratoriedjuren, inklusive möss, för storskaliga experiment.

Av denna anledning fokuserade tidiga studier av reproduktionsbiologi ofta på marina ryggradslösa djur, som släpper ut stora mängder ägg och spermier i vattnet. "Om du tar en lärobok och slår upp befruktning, kommer du att vara över det hela sjöborre "Det är en knepig sak att studera", säger Gavin Wright, en biokemist vid University of York, Storbritannien, som inte var inblandad i studien.

För att övervinna utbudsproblemet började Andrea Pauli, molekylärbiolog vid forskningsinstitutet för molekylär patologi i Wien, och hennes kollegor sitt arbete Zebrafisk, en typ av ryggradsdjur som också släpper ut sina ägg och spermier i det omgivande vattnet. För att kringgå svårigheterna med att arbeta med membranproteiner i laboratoriet använde teamet AlphaFold för att förutsäga interaktioner mellan proteiner. Två av AlphaFolds utvecklare fick Nobelpriset i kemi den 9 oktober.

Inte två, utan tre

AlphaFold förutspådde att tre spermieproteiner arbetar tillsammans för att bilda ett komplex. Två av dessa proteiner var tidigare kända för att vara viktiga för fertiliteten. Pauli och hennes kollegor bekräftade då att den tredje också är avgörande för fertiliteten hos både zebrafisk och möss och att de tre proteinerna interagerar med varandra.

Teamet fann också att i zebrafisk skapar trion en plats för ett äggprotein att binda, vilket ger en mekanism genom vilken de två cellerna kan känna igen varandra. "Det är ett sätt att säga "Spermier, du hittade ett ägg" och "Ägg, du hittade en sperma", säger Andreas Blaha, biokemist vid Research Institute of Molecular Pathology och medförfattare till studien.

Resultaten kan en dag ge ett sätt att screena personer med infertilitet för att se om problem med detta komplex kan vara orsaken, säger Wright.

Resultaten lyfter också fram AlphaFolds roll i att studera befruktning, tillägger han. "Vi är begränsade när det gäller experiment", säger han. "Det kan vara så att dessa modellresultat spelar en viktig roll i framtiden."

1. Deneke, V.E., et al. Cell https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01093-6 (2024).

   Google Scholar

Ladda ner referenser