NyheterForskning

3D-bilder visar hur spermien binder till äggets yta

Publicerat 2017-06-16 08:00. Uppdaterat 2017-06-16 10:10This page in English
Crystal structure of the complex between a domain repeat of egg coat protein VERL (dark pink) and cognate sperm protein lysin (blue). Artwork by Isha Raj and Luca Jovine.

Crystal structure of the complex between a domain repeat of egg coat protein VERL (dark pink) and cognate sperm protein lysin (blue). Artwork by Isha Raj and Luca Jovine. ...

Forskare vid Karolinska Institutet har tagit fram molekylära 3D-bilder som ger ett visuellt svar på en av de mest fundamentala biologiska frågorna, nämligen hur spermien binder till äggets yta i början av befruktningen. Studien, som publiceras i den ansedda tidskriften Cell, visar hur befruktningsögonblicket ser ut på molekylär nivå.

När ägg och spermie möts och spermien lyckas penetrera äggets yta börjar ett nytt liv ta fart. Trots att mötet mellan kvinnliga och manliga könsceller vid befruktningen är en av de mest fundamentala processerna inom biologin har det hittills varit okänt hur spermien lyckas känna igen äggets yta samt hur spermien tar sig in genom äggets ytskikt rent molekylärt. Men nu har forskare vid Karolinska Institutet, med hjälp av tekniken röntgenkristallografi, för första gången tagit fram 3D-bilder som visar på molekylär nivå hur ett spermieprotein binder till äggets ytprotein i början av befruktningen.

Forskarna var intresserade av två olika proteiner som förekommer på äggets ytskikt, dels ZP2 hos däggdjur, däribland människa och dels VERL hos blötdjuret havsöron.

Professor Luca Jovine. Foto: Ulf Sirborn– 600 miljoner år av evolution skiljer däggdjur från blötdjur. De här proteinerna, som fungerar som spermiereceptorer i respektive djurstam skiljer sig väldigt mycket i proteinsekvens. Men en närmare jämförelse visar ändå att äggproteinerna ZP2 och VERL delar en vanligt förekommande 3D-struktur, säger professor Luca Jovine vid institutionen för biovetenskaper och näringslära på Karolinska Institutet som lett forskningsstudien.

Tagit fram kristallstrukturer

Med hjälp av röntgenkristallografi har forskarna lyckats visualisera de delar av VERL som spelar en nyckelroll när det kommer till att känna igen könsceller. Forskarna har även tagit fram kristallstrukturer av de olika delar hos VERL som binder till spermieproteinet lysin i havsöron. De molekylära 3D-bilderna, som visar början av befruktningen, avslöjar hur könsceller känner igen varandra.

– De visar också för första gången ett exempel på hur spermier från en viss djurart föredrar att binda till äggytor från djur av samma art, säger Luca Jovine.

Slutligen kan dessa bilder hjälpa till att ge en antydan om hur proteinet lysin öppnar ett hål i äggets ytskikt så att spermien kan ta sig in i ägget.

Uppnås i början av befruktningen

– För mer än hundra år sedan jämförde man denna process med ett ”lås” och en ”nyckel”. Vår studie visar hur detta uppnås i början av befruktningen, säger Luca Jovine.

Isha Raj och Hamed Sadat Al Hosseini vid institutionen för biovetenskaper och näringslära på Karolinska Institutet är försteförfattare till studien, som gjorts i samarbete med Alessandra Villa vid samma institution samt Daniele de Sanctis vid ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Studien har finansierats av medel från European Research Council, Centrum för innovativ medicin, Vetenskapsrådet, Göran Gustafssons stiftelse för naturvetenskaplig och medicinsk forskning, Sven och Ebba-Christina Hagbergs stiftelse och EMBO Young Investigator Award.

Toppbilden: Kristallstruktur av VERL-lysin-komplexet, illustration av Isha Raj och Luca Jovine.

Publikation

Structural Basis of Egg Coat-Sperm Recognition at Fertilization 
Isha Raj, Hamed Sadat Al Hosseini, Elisa Dioguardi, Kaoru Nishimura, Ling Han, Alessandra Villa, Daniele de Sanctis och Luca Jovine
Cell, online 15 juni 2017. doi:10.1016/j.cell.2017.05.033

Länkar

ImagingStrukturbiologi