Структура центрального аппарата сперматозоида in situ раскрывает молекулярную основу мужского бесплодия
В исследовании, опубликованном в Cell Research, научная группа впервые определила высокоразрешенную in situ структуру центрального аппарата (ЦА) внутри аксонемы сперматозоида млекопитающих.
ЦА — это центральная часть аксонемы, микроскопического «двигателя», обеспечивающего движение ресничек и жгутиков. Эти структуры не только необходимы для движения сперматозоидов к яйцеклетке, но и играют ключевую роль в эмбриональном развитии, функции мозга и здоровье дыхательной системы. Однако до сих пор сложная архитектура и функция ЦА, особенно у млекопитающих, оставались малоизученными.
В этой работе исследователи выяснили принципы сборки микротрубочек C1 и C2 и связанных с ними белков, раскрыв патогенный механизм, посредством которого структурные дефекты ЦА приводят к астенозооспермии (снижению подвижности сперматозоидов).
Используя передовую in situ крио-электронную томографию в сочетании с AlphaFold2 и другими технологиями предсказания белковых структур на основе ИИ, учёные преодолели серьёзные технические проблемы в подготовке образцов, сборе данных и обработке изображений.
Им удалось определить высокоразрешенную in situ архитектуру ЦА в аксонемах сперматозоидов мыши, достигнув локального разрешения до 5.5 Å.
Исследование даёт детальное представление о способе сборки микротрубочек C1-C2 и связанных с ними внутренних и внешних белков. Учёные построили структурную модель, состоящую из 466 белковых субъединиц, и идентифицировали 39 различных белков-компонентов, включая восемь вновь обнаруженных белков ЦА: GRK3, ANKMY1, LRRC43, GOT1L1, LRRD1, MAP1S, GMCL1 (BTBD16) и SPACA9.
Эта работа представляет собой первое всестороннее объяснение механизма сборки ЦА в сперматозоидах млекопитающих и систематически показывает, как дефекты белков ЦА нарушают подвижность жгутика.
Интегрируя высокоразрешенные in situ структурные данные с результатами исследований на животных моделях и клиническими данными, исследование предлагает новые идеи для точной диагностики и потенциальных стратегий лечения астенозооспермии.
Работа выполнена в сотрудничестве между Институтом биофизики Китайской академии наук, Пекинским педагогическим университетом, Чунцинской больницей охраны здоровья матери и ребёнка и Научно-технологическим университетом Китая.