AlphaFold показывает в мельчайших подробностях как сперматозоид и яйцеклетка соединяются друг с другом
Инструмент искусственного интеллекта, удостоенный одной из Нобелевских премий в этом году, раскрыл интимные подробности молекулярной встречи сперматозоидов и яйцеклеток.
Программа AlphaFold, предсказывающая структуру белков, выявила трио белков, которые объединяются в команды и работают как посредники между гаметами. Без них половое размножение может оказаться невозможным для широкого круга животных, от рыб до млекопитающих. По словам Энрики Бьянки, биолога-репродуктолога из Римского университета, не принимавшей участия в исследовании, открытие, опубликованное 17 октября в журнале Cell, противоречит существовавшему ранее представлению о том, что для обеспечения оплодотворения достаточно двух белков - одного на яйцеклетке и одного на сперматозоиде.
«Это уже не та старая концепция, когда для открытия двери нужны ключ и замок», - говорит она. «Все гораздо сложнее».
Несмотря на важнейшую роль в репродукции, процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида у позвоночных - это молекулярная загадка, разгадать которую оказалось непросто. В объединении двух клеток участвуют белки, которые находятся в жировых мембранах, что делает их трудноизучаемыми с помощью стандартных биохимических методов. Взаимодействие между этими белками часто бывает слабым и мимолетным и для проведения масштабных экспериментов трудно собрать достаточное количество жизнеспособных яйцеклеток и сперматозоидов от некоторых излюбленных исследователями лабораторных животных, в том числе мышей.
В результате первые исследования репродуктивной биологии часто фокусировались на морских беспозвоночных, которые выбрасывают в воду огромное количество яйцеклеток и сперматозоидов. «Если вы возьмете с полки учебник и посмотрите, как происходит оплодотворение, вы прочитаете все о морских ежах», - комментирует Гэвин Райт, биохимик из Университета Йорка (Великобритания), который не принимал участия в исследовании. «Это сложная вещь для исследования».
Чтобы решить эту проблему, Андреа Паули, молекулярный биолог из Научно-исследовательского института молекулярной патологии в Вене, и ее коллеги начали работу с рыбок зебрафиш, позвоночных, которые также выпускают свои яйца и сперматозоиды в воду. Чтобы обойти трудности работы с мембранными белками в лаборатории, они использовали AlphaFold для прогнозирования взаимодействий между белками.
AlphaFold предсказал, что в комплекс объединяются три белка сперматозоидов. Два из этих белков уже были известны как важные для фертильности. Работая в лаборатории, Паули и ее коллеги подтвердили, что третий также имеет решающее значение для фертильности как у зебрафиш, так и у мышей, и что эти три белка взаимодействуют друг с другом в сперме зебрафиш и человека. Также исследователи обнаружили, что у зебрафиш эта тройка создает участок связывания для белка яйцеклетки под названием Bouncer, обеспечивая механизм, с помощью которого эти две клетки могут распознавать друг друга. Это способ сказать: «Сперматозоид, ты нашел яйцеклетку» и «Яйцеклетка, ты обнаружила сперматозоид», - пояснил Андреас Блаха, биохимик из Научно-исследовательского института молекулярной патологии и соавтор работы.
По словам Райта, полученные результаты могут в один прекрасный день дать возможность обследовать людей, страдающих бесплодием, чтобы выяснить, могут ли проблемы с этим белковым комплексом быть причиной. Кроме того, результаты указывают на роль AlphaFold в изучении оплодотворения, добавляет он. «Мы ограничены в плане экспериментов», - говорит он. «Возможно, эти модельные исследования сыграют важную роль в будущем».
