Используя улучшенную версию AlphaFold, инструмента искусственного интеллекта для предсказания структуры белков, разработанного Google DeepMind, исследователи выявили комплекс из трех ключевых белков, необходимых для распознавания яйцеклетки и сперматозоид
Жизнь каждого полового организма начинается с оплодотворения, а именно слияния сперматозоида и яйцеклетки. Мужская гамета движется к яйцеклетке, руководствуясь химическими сигналами, а затем связывается с ее поверхностью посредством специфических белковых взаимодействий. Это взаимодействие приводит к слиянию их мембран, в результате чего генетический материал сливается и образует зиготу — единственную клетку, которая развивается в эмбрион. Однако, несмотря на достижения в области технологий визуализации, молекулярные механизмы, контролирующие это взаимодействие, остаются загадочными. В отличие от большинства клеток репродуктивных организмов, которые избегают слияния и сохраняют свою генетическую идентичность, сперматозоиды и яйцеклетки специализируются на слиянии. Это включает в себя точную и высокоспецифичную серию молекулярных событий, которые происходят преимущественно на уровне липидной мембраны. Эти процессы дискретны и преходящи, что затрудняет их изучение стандартными биохимическими методами. Кроме того, особенно сложно собрать и сохранить жизнеспособные яйцеклетки и сперму некоторых экспериментальных животных, таких как мыши. Поэтому большинство исследований в области репродуктивной биологии сосредоточено на морских беспозвоночных (таких как морские ежи), поскольку они могут выделять в воду большое количество жизнеспособных яиц и сперматозоидов. Чтобы преодолеть эти трудности, исследователи в новом исследовании сосредоточили свою работу на рыбке данио (Danio rerio), позвоночном, которое выделяет яйца и сперму в воду. Чтобы заранее определить возможные взаимодействия между мембранными белками гамет, они воспользовались предсказательной силой программы AlphaFold, за которую двое ее разработчиков получили в этом году Нобелевскую премию по химии. Искусственный интеллект обнаружил важный белок, который ранее был неизвестен. Энрика Бьянки из Римского университета Торвегата, которая не участвовала в исследовании, рассказала журналу Nature: «Это уже не старая концепция, согласно которой для открытия двери нужен ключ и замок, но она гораздо сложнее. За последние 20 лет генетический скрининг выявил несколько белков, необходимых для взаимодействия мужских и женских гамет репродуктивных организмов. Izumo1 присутствует в мембране сперматозоида и связывается с Juno, присутствующим на поверхности яйцеклетки во время оплодотворения. Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта. В новом исследовании команда сосредоточила свой анализ на белках, связывающих сперму, используя AlphaFold Multimer, улучшенную версию AlphaFold, для идентификации других потенциальных связывающих белков. «Мы составили список белков, которые, по прогнозам, будут присутствовать в мембранах сперматозоидов, и провели биоинформатический анализ тысяч предсказаний с использованием AlphaFold Multimer», — пояснила соавтор исследования Виктория Денеке в пресс-релизе Института молекулярных исследований. Патология (ИМП). Алгоритм идентифицировал Tmem81, ранее неизвестный вспомогательный белок, необходимый для связывания Juno. Точнее, Izumo1 и Spaca6 взаимодействуют не только друг с другом, но и с Tmem81 перед связыванием с белками яичников. Эти предварительные результаты демонстрируют важность алгоритмов прогнозирования и моделирования, когда эмпирическая демонстрация ограничена. Чтобы проверить эти предсказания, исследователи сначала изучили молекулярный процесс оплодотворения у рыбок данио, затем у мышей и изолированных клеток человека. Они обнаружили, что во всех моделях тример действительно необходим для оплодотворения. К мембране сперматозоида прикрепляется комплекс из трех белков, два из которых образуют участки связывания, которые позволяют сперматозоиду стыковаться с яйцеклеткой посредством «юноны» у млекопитающих и аналогичных белков, называемых «вышибалами» у рыб. Другими словами, Юнона и Баунсер действуют как замок для доступа к яйцу, разрешая доступ только при наличии соответствующего «ключа». Более того, без взаимодействия тримеров мужские гаметы становятся стерильными и оплодотворение не происходит. Эти результаты показывают, что, в отличие от белков яичников, комплекс сперматозоидов Izumo1-Spaca6-Tmem81 является общим для всех позвоночных и сохраняется на протяжении всей их эволюции. Юнона, например, вырабатывается копией рецептора, уникального для зародышей млекопитающих, и поэтому существует только у млекопитающих. Андреа Паули из IMP объясняет: «Тот факт, что он сохранялся на протяжении миллионов лет эволюции, предполагает важность этого процесса блокировки, но что действительно удивительно, так это то, что сохранившиеся тримеры сперматозоидов были обнаружены с использованием эволюционно неродственных яичных белков, пристыкованных к их поверхностям. ", - сказал доктор. Это открытие может проложить путь к новым методам скрининга заболеваний, связанных с фертильностью. Понимание этого молекулярного взаимодействия может также помочь в разработке новых терапевтических методов лечения бесплодия. Результаты исследования опубликованы в журнале . Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Используя улучшенную версию AlphaFold, инструмента искусственного интеллекта, разработанного Google DeepMind для прогнозирования белковых структур, исследователи определили комплексы из трех ключевых белков, необходимых для отличия яйцеклеток от сперматозоидов. Считается, что этот тример присущ всем позвоночным, и его отсутствие неизбежно приводит к неудаче оплодотворения. Это открытие опровергает давние предположения о том, что двух белков, расположенных на мужских и женских гаметах соответственно, достаточно для оплодотворения.Идентифицирован дополнительный белок сперматозоидов
Комплекс, сохраняющийся на протяжении всей эволюции позвоночных