卵细胞如何为新生命的开始储存蛋白质

　　当哺乳动物有后代时，它们会投入很多。与鱼或青蛙不同，胚胎不能自己发育。它必须植入子宫，在那里它有生存所需的一切。在此之前，卵细胞滋养着早期胚胎。除此之外，它还提供了必需的蛋白质。

　　马克斯普朗克多学科科学研究所的Melina Schuh领导的研究人员和G?ttingen的同事们现在已经阐明了卵细胞是如何储存蛋白质的。他们的实验也为蛋白质储存错误如何导致不孕提供了重要的见解。困扰科学家60多年的卵细胞结构在其中起着至关重要的作用。这项研究发表在《细胞》杂志上。

　　对许多夫妇来说，为人父母是一段漫长的过程。对一些人来说，想要孩子的愿望甚至还没有实现。病因多种多样，男性和女性都有。在女性中，生育能力随着年龄的增长而下降，不孕症的可能性更大。然而，基因突变也可能导致这种情况。

　　对全世界不孕妇女遗传物质的分析表明，女性不孕最常见的遗传原因之一是某些基因的突变。这些公司包含蛋白PADI6和蛋白复合物皮质下母体复合物(简称SCMC)的蓝图。然而，人们以前并不清楚这些蛋白质在不孕症中具体起什么作用。

　　由Melina Schuh领导的科学家们现在已经使用成像技术来可视化PADI6和SCMC是填充卵细胞内部结构的主要成分。“几十年来，研究界一直对这种结构的功能和组成感到困惑，我们称之为细胞质晶格，”马克斯普朗克主任舒赫解释说。

　　当科学家们从小鼠卵细胞中去除PADI6和SCMC蛋白时，细胞质晶格丢失了——这带来了致命的后果。缺乏细胞质晶格的小鼠卵细胞也缺乏早期胚胎所需的蛋白质。胚胎的发育在受精后不久就停止了，”细胞生物学家说。“因此，我们怀疑细胞质晶格可以作为蛋白质储存地点。”

　　在卵细胞中储存蛋白质绝不是一件小事。这是因为雌性哺乳动物的卵巢从出生起就产生卵细胞，并在那里保持功能数月甚至数年。卵细胞必须在相应的较长时间内保持它们的蛋白质不被降解或在错误的时间变得活跃。

　　在下一步中，研究人员研究了细胞质晶格中含有哪些蛋白质。他们与马克斯普朗克研究所的Henning Urlaub和Juliane Liepe领导的小组合作，使用质谱法和生物信息学来确定晶格的确切蛋白质清单。

　　结果表明，细胞质晶格结合了许多对胚胎发育至关重要的蛋白质。“我们的研究结果有力地表明，我们的假设是正确的:细胞质晶格是卵细胞的蛋白质储存场所，为早期胚胎提供重要的蛋白质，”Schuh指出。

　　随着他们进一步发现，PADI6和SCMC蛋白承担了收集和储存胚胎早期发育所需蛋白质的任务。该研究的第一作者Ida Jentoft说:“这就解释了为什么如果这些蛋白质缺失或不能发挥其功能，胚胎在受精后不久就会停止发育。”“然后我们感兴趣的是，如果由于基因突变导致PADI6和SCMC缺失，是否可以替换有缺陷的蛋白质储存位点。”

　　在实验中，研究小组成功地人工将缺失的晶格蛋白重新引入正在生长的小鼠卵细胞中。用这种方法，也有可能重建有缺陷的人类卵细胞的细胞质晶格。根据Jentoft的说法，这可能是治疗PADI6和SCMC基因突变引起的不孕症的一种有希望的新方法。

　　当被问及为什么花了这么多年的时间才破译卵细胞中神秘的晶格结构的功能时，Schuh和Jentoft给出了一个简短的答案:卵细胞的大小和缺乏方法。卵细胞是哺乳动物各种细胞类型中的巨人。它们储存蛋白质的特性使得我们很难观察到它们的内部。

　　“主要的方法挑战是使卵细胞能够用于我们使用的成像方法-高分辨率光学显微镜和冷冻电子断层扫描(cryo-ET)。后者使得在几乎自然的条件下在3D中检查卵细胞的分子结构成为可能。到目前为止，这是不可能的，”马克斯普朗克主任解释说。该团队在这一过程中的突破得益于生殖医学的一个久经考验的技巧。

　　对于冷冻et，细胞必须首先被电击冷冻。研究人员利用了诊所常规冷冻人类卵细胞用于人工授精的事实来储存它们。为了在冷冻过程中保护卵细胞，诊所使用冷冻保护剂。“我们的想法是使用相同的冷冻保护剂来实现所需的卵细胞快速冷冻，”来自大学医学中心G?ttingen的rub Fernández-Busnadiego报告说。

　　“通过这项技术，我们可以检查卵细胞中的细胞质晶格，并开始详细破译它们的结构，”Schuh补充道。科学家们希望这些新技术将在未来的卵细胞研究以及新的治疗方法方面取得重要进展。