정자는 이 고대 분자 열쇠 없이는 난자를 열 수 없습니다

그들은 원래의 이상한 쌍입니다. 하나는 거대하고 구형이며 움직이지 않습니다. 다른 하나는 크기가 작고 꼬리가 있으며 수영을 멈추지 않습니다. 그러나 난자와 정자의 결합은 지구상에서 성적으로 번식하는 모든 동물에게 매우 중요합니다.

이 결합이 정확히 어떻게 발생했는지는 오랫동안 과학자들에게 미스터리였습니다. 에이 그는 공부한다 목요일 Cell 저널에 발표된 연구 결과는 노벨상을 수상한 인공 지능 기술에 의존했으며, 세 가지 단백질의 연동 패키지가 정자와 난자를 서로 결합할 수 있게 하는 열쇠라는 것을 보여주었습니다. 이 중요한 패키지는 인간을 포함하여 어류 및 포유류와 같은 먼 친척 동물이 공유합니다.

지구상의 거의 모든 동물의 생명은 난자 세포막으로 향하는 정자 세포에서 시작됩니다. 어쨌든 두 세포는 서로를 인식하고 결합합니다. 그러면 눈 깜짝할 사이에 정자의 머리가 마치 문을 통과하는 것처럼 난자 속을 통과합니다. 이제 융합된 세포는 접합체가 되어 새로운 동물로 성장할 준비가 되었습니다.

이전 연구에서 과학자들은 포유류 정자에서 4가지 단백질을 발견했습니다. 이 단백질은 물고기 정자에서도 발견되며 수정에 필수적입니다. 그러나 계란을 삽입하기 위해 팀으로 일할 수 있는지, 어떻게 할 수 있는지 아무도 몰랐습니다.

새로운 연구에서 비엔나 분자 병리학 연구소의 분자 및 발생 생물학자인 Andrea Pauli와 여러 기관의 공동 연구자들은 수정 중에 정자 단백질이 어떻게 협력하는지 질문했습니다.

연구진은 지난주 노벨 화학상을 공동 수상한 AlphaFold 기술에 의존했습니다. 인공지능을 활용해 단백질의 모양을 예측한다. 연구팀은 AlphaFold를 사용하여 포유류와 어류 사이에 공유되는 4개의 정자 단백질을 제브라피시 고환의 세포 표면에서 발견되는 약 1,400개의 다른 단백질 라이브러리와 비교하여 잠재적인 파트너를 찾을 수 있었습니다.

Pauli 박사 연구실의 박사후 연구원인 Victoria Deneke는 “우리는 적시에 적절한 장소에 있을 것으로 알고 있는 무언가를 찾고 싶었습니다.”라고 말했습니다.

AlphaFold의 경우에도 이는 어려운 일이었습니다. Deneke 박사는 캠퍼스의 컴퓨팅 리소스를 독점하면서 “2~3주 동안 작동했습니다.”라고 말했습니다.

Pauli 박사는 “연구소의 다른 사람들은 그다지 행복하지 않았습니다.”라고 덧붙였습니다.

마지막으로 AlphaFold는 두 개의 일반적인 천연 정자 단백질이 이전에 알려지지 않은 세 번째 단백질과 함께 서로 결합하여 세 개의 팀을 만들 것이라고 예측했습니다.

실험실 실험을 통해 프로그램의 추측이 확인되었습니다. 새로 발견된 세 번째 단백질이 부족한 수컷 제브라피시는 수컷 생쥐와 마찬가지로 불임이었습니다. 정자는 정상적으로 헤엄치지만 난자와 융합할 수 없습니다. 과학자들은 또한 세 가지 정자 단백질이 제브라피시와 인간 모두에서 단일 단위로 기능한다는 생화학적 증거를 발견했습니다.

Pauley 박사는 동일한 중요한 다발이 가시를 가진 많은 동물 또는 모든 동물에 존재할 가능성이 높다고 말했습니다.

그녀는 정자의 단백질 다발을 난자의 자물쇠에 꼭 맞는 일종의 열쇠라고 설명했습니다. 물고기의 경우 이 자물쇠는 바운서(Bouncer)라고 불리는 단백질인데, 이것이 없으면 정자 머리가 난자에 들어갈 수 없기 때문에 편리합니다.

이전 연구에서는 또한 포유류 알에서 3개 단백질 다발의 단백질 중 하나에 결합하는 자물쇠 분자를 확인했습니다. 이상하게도 포유류 자물쇠는 경비원이 아닙니다. Juno라는 관련 없는 단백질입니다.

이는 역사상 어딘가에서 동물이 정자 단백질 패키지에 결합하기 위해 다양한 난자 단백질을 진화시켰음에 틀림없다는 것을 의미합니다. 이것은 미스터리를 제시합니다. 자물쇠가 바뀌었지만 “정자 키는 동일하게 유지되었습니다”라고 Pauli 박사는 말했습니다.

“우리는 답을 알고 싶습니다.”라고 그녀는 덧붙였습니다.

새로운 연구에 참여하지 않았지만 델라웨어 대학의 생식생물학자인 앰버 크루초나스(Amber Kruchounas)는 새로운 연구가 “정말 흥미롭다”고 말했습니다.

올해 초, 다른 연구 그룹이 독립적으로 AlphaFold를 사용했습니다. 예기 포유류에도 동일한 삼중 단백질 패키지가 존재합니다. Krochounas 박사는 “두 개의 독립적인 그룹이 동일한 결론에 도달했다는 사실은 확실히 결과에 대한 우리의 신뢰를 높여줍니다.”라고 말했습니다.

그러나 그녀는 “수정의 비밀을 밝히기 위해서는 확실히 해야 할 일이 더 많다”고 말했습니다. 예를 들어, 일부 정자 단백질은 포유류와 어류 간에 공유되는 것으로 알려져 있지만 이 패키지의 일부는 아닙니다. 그들은 무엇을 하고 있나요?

Pauli 박사는 “이것은 분자적 답변이 거의 없는 근본적인 질문입니다.”라고 말했습니다. “놀라워요.”