精子細胞之間的競爭是非常慘烈的，它們都想率先到達卵細胞以使其受精。據(jù)德國馬克斯·普朗克分子遺傳研究所官網(wǎng)發(fā)布的一項小鼠研究顯示，精子沖鋒向前的能力取決于蛋白質(zhì)RAC1。最佳量的RAC1蛋白活性可提高單個精子的競爭能力，而異常的蛋白活性則可導致男性不育。
當數(shù)百萬精子游向卵子使它們受精時，這實際上是一場生命競賽。但是，成功突圍的那個精子純粹是憑運氣嗎?當然不是。事實證明，各個精子之間的競爭力存在差異。在小鼠中，一個“自私”的天然存在的DNA片段破壞了基因遺傳的標準規(guī)則，并使包含這個片段的精子細胞的成功率高達99%。
研究人員描述了稱為“ t—單倍型”的遺傳因子是如何促進精子搶灘登陸直擊卵子的。實驗表明，具有t—單倍型的精子比其“正常”同伴更具進攻性，即向前運動更快，從而確立了它們在受精上的優(yōu)勢。研究人員分析了單個精子，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)在沖向卵子路上“掉鏈子”的精子細胞都是基因“正常”的，而沖鋒在前的精子大多數(shù)都包含t—單倍型遺傳因子。
最重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)這種運動性差異與分子RAC1有關(guān)。這個分子開關(guān)通過激活其他蛋白將信號從細胞外部傳遞到內(nèi)部。新數(shù)據(jù)表明，RAC1在將精子引向卵子并“嗅探”出其到達目標的方式上發(fā)揮了作用。
該研究的第一作者，馬普分子遺傳研究所的科學家亞歷山德拉·阿瑪拉爾表示：“單個精子的競爭力似乎取決于RAC1活性的最佳水平;RAC1活性過低或過高都會干擾其有效地向前運動。”
研究人員還表示，具有t—單倍型的精子會設(shè)法使沒有該遺傳因子的精子失能。訣竅在于，t—單倍型會“毒化”所有的精子，但同時又產(chǎn)生解毒劑，這種解毒劑僅在t—單倍型精子中起作用并保護它們。“想象一場馬拉松比賽，所有參與者都喝了有毒的飲用水，但是有些選手卻服了解毒劑。”
正如研究人員發(fā)現(xiàn)的那樣，t—單倍型含有某些扭曲調(diào)節(jié)信令的基因變異。這些畸變因子是在精子發(fā)生的早期階段建立的，并分布到攜帶t—單倍型的所有小鼠精子中。這些因子是干擾精子前進的“毒藥”。
染色體在成熟期的精子間均勻分裂，即每個精子細胞僅含一半的染色體后，“解毒劑”就開始起效。僅有一半的t—單倍型精子會產(chǎn)生附加因子，該因子可逆轉(zhuǎn)扭曲因子的負面影響，而且這個保護因子不會散布并保留在t—單倍型精子中。
研究人員觀察到，在t—單倍型僅在其兩個17號染色體之一上出現(xiàn)的雄性小鼠精子中，某些細胞向前運動，而某些細胞幾乎裹足不前。對單個精子進行的測試表明，基因“正常”的精子大多不是直線運動的。當研究人員用RAC1抑制劑處理混合的精子時，他們發(fā)現(xiàn)基因“正常”的精子也開始逐漸游動。t—單倍型精子的優(yōu)勢消失了，這表明RAC1的異常活性會擾亂精子的前行能力。
該結(jié)果解釋了為什么具有兩個t—單倍型副本(分別位于兩個染色體17上)的雄性小鼠是不育的。它們僅產(chǎn)生攜帶t—單倍型的精子。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些精子細胞的RAC1活性水平要比基因“正常”小鼠高得多，并且?guī)缀醪贿\動。
但是，用RAC1抑制劑治療的正常小鼠的精子也失去了前行的能力。因此RAC1活性太低也是不利的。研究人員推測， RAC1活性異常也可能是男性不育的特定形式。
研究人員表示，實驗數(shù)據(jù)突顯出精子細胞是無情的競爭者這一事實。t—單倍型的例子證明了某些基因是如何使用一些骯臟的技巧來達到目的的。基因差異可使單個精子在生命競賽中占據(jù)優(yōu)勢，從而促進特定基因變異向下一代的傳播。(記者 馮衛(wèi)東)
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