运动|《科学》：精子向前冲的关键发现了_科学|结构|纤毛|杂志|问题|鞭毛

原创代丝雨奇点网
不久之前，《科学进展》杂志上的一篇论文让我们认识到了精子真正的运动方式。原来，它们并不是三百多年来人们以为的，左右摆尾前进，而是像钻头一样地螺旋向前冲。
当时还有读者在留言中开玩笑，说可以搞个精子式的泳姿。不过奇点糕觉得，这个运动方式也太复杂了，咱们笨拙的人类恐怕是搞不定。
那么精子们何以能够一边“爱的魔力转圈圈” ，一边又笔直地冲向目标呢？
近期发表在《科学》杂志上的一项研究为我们揭示了其中的关键。来自法国的科学家团队发现，一种少有研究的蛋白质修饰方法——甘氨酸化（glycylation），是精子鞭毛正确运动的关键。无法甘氨酸化，精子就只能原地打转，无法前进了。这项研究登上了当期《科学》杂志的封面。

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我们知道，人体中的蛋白质由DNA编码，但在本身的结构之上，它还可以接受各种各样的化学基团修饰，以此实现更加丰富的功能。像是微管蛋白，它是细胞骨架的主要成分，支撑细胞的形态；微管蛋白也会构成突出细胞表面，像天线一样的纤毛和鞭毛，精子游泳的小尾巴正是一条鞭毛。
不过我们对很多蛋白修饰方法的作用都还不怎么了解。在研究微管蛋白的过程中，科学家们发现有一种修饰方法主要出现在纤毛和鞭毛上，在细胞质内的微管蛋白中却不怎么常见，那就是甘氨酸化。
微管蛋白的甘氨酸化是通过两个过程实现的，涉及到三种不同的微管蛋白-酪氨酸连接酶样甘氨酸化酶（TTLL）。 TTLL3和TTLL8在未经修饰的微管蛋白上添加第一个甘氨酸残基， TTLL10则负责延长甘氨酸链。

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甘氨酸化
研究者尝试着敲除了小鼠体内的TTLL3和TTLL8 ，这样小鼠就完全无法进行甘氨酸化了。
这种双敲除小鼠可以正常长大，表现和正常小鼠一样，研究者检查了它们的各种组织，也没有发现异常。不过这些小鼠的平均产仔的数量要比正常小鼠少个两成左右，所以研究者认为它们的生育能力应该存在一些问题。
通过体外受精分析，果然，双敲除小鼠的精子体外受精成功率只有正常小鼠的四分之一，可见这些精子，不太健康。
分析精子的健康程度主要看三个标准，精子细胞数量、形态和活力。经过检查，这些精子的问题主要出现在运动能力上，不仅冲劲儿强的精子比例明显下降了，而且精子的曲线速度（VCL）、直线速度（VSL）、平均路径速度（VAP）这三个运动学参数也都明显下降了。
甘氨酸化的缺失明显干扰了鞭毛的正常功能。研究者发现双敲除精子鞭毛的曲率要比正常精子高3倍以上，而震动幅度只有正常的一半，整体运动频率也非常不协调。这使得精子没有办法正常前进，最终表现为一种在原地转圈圈的运动方式。

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计算机记录下的精子运动轨迹
那么到底缺失甘氨酸化给鞭毛带来了什么变化呢？
研究者通过冷冻电镜分析了双缺失精子的鞭毛结构，发现微管蛋白的组装是没有问题的，鞭毛的结构也很正常，但是肌动蛋白无法协调地活动，因此鞭毛也就不能正常运转了。

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蛋白结构出现了微小的改变
研究者指出，这种机制很可能是导致精子缺陷的原因之一，这项发现很可能会成为治疗弱精症的一个突破。
参考资料：
[1]https://science.sciencemag.org/content/371/6525/eabd4914
[2]https://www.mpg.de/16227844/0107-mozg-keeping-sperm-cells-on-track-151300-x
本文作者 | 代丝雨
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