《Cell 》不孕症新解释:卵子缺乏神秘“晶格”试管也没用

　　发现人体必需蛋白质的“储物柜”可以解释一些不孕症。

　　

近60年来，科学家们一直对在哺乳动物卵细胞中发现的漂浮纤维束的目的感到困惑。今天发表在《Cell》杂志上的一项研究发现，这些被称为细胞质晶格的纤维是许多蛋白质的储存场所，这些蛋白质对早期胚胎的发育至关重要。这一发现可以解释为什么卵子完全缺乏这种纤维的人会不孕。

这篇文章讲述了关于哺乳动物卵母细胞中的细胞质晶格（cytoplasmic lattices）的研究。细胞质晶格是卵母细胞中充满的、至今仍未被充分理解的结构。自20世纪60年代被发现以来，人们一直猜测它们可能与哺乳动物的卵黄、核糖体阵列或中间丝有关，但其功能至今仍是个谜。

文章通过超分辨率光学显微镜和冷冻电子断层扫描技术，展示了细胞质晶格是由具有高表面积的丝状结构组成，这些结构包含PADI6和皮质下母体复合蛋白。这些晶格与许多对胚胎发育至关重要的蛋白质有关联，包括控制植入前胚胎的表观遗传重编程的蛋白质。

研究还发现，通过敲除PADI6或皮质下母体复合体，使细胞质晶格丧失，会导致这些蛋白质的积累受阻，从而导致早期胚胎发育停滞。

这项发表在《Cell》杂志的研究揭示了细胞质晶格在卵母细胞中的重要功能，它们能富集母体提供的蛋白质，防止其过早降解和细胞活动，从而有助于早期的哺乳动物发育。此外，该研究还将女性不孕表型与储存蛋白质的功能联系起来，为理解和治疗不孕症提供了新的视角。

科学家们在20世纪60年代首次使用电子显微镜对细胞质晶格进行成像，并认为它们是堆积在细胞核周围的扁平纤维片。但是，通过冷冻电子断层扫描(一种将样品冷冻并扫描的显微镜技术)，本文合著者、马克斯普朗克多学科科学研究所的生物化学研究生Ida Jentoft和她的同事发现，这些晶格根本不是薄片，更像是一束而不是晶格。

他们对被称为卵母细胞的小鼠卵细胞进行了三维成像，分辨率为30 ångströms——大约是DNA分子的一个扭曲的长度。细胞质晶格的每根纤维平均为7000ångströms长，1000 ångströms宽，由椭圆细丝以交错的方式堆叠在一起组成。交错堆叠增加了蛋白质储存的表面积，每根纤维有5到40根细丝。没有一个固定配方。

生育的线索

这一发现为研究胚胎发育提供了新的视角。成熟的卵母细胞含有来自母体的物质，受精后用于分裂和生长。卵母细胞可能不会在成熟后立即受精，因此需要将材料储存起来。这就产生了一个问题，因为包括卵母细胞在内的所有细胞都有分解和回收未使用蛋白质的过程。但是卵母细胞通过将蛋白质附着在细胞质晶格上解决了这个问题，在那里它们似乎可以免于循环过程。

为了确定细胞质晶格是由什么组成的，Jentoft和她的同事们使用了扩增显微镜，这是一种新技术，可以将大而复杂的细胞(如卵母细胞)进行物理放大，并使用传统的荧光显微镜对其进行精细成像。他们发现，这些细丝可能是由PADI6和SCMC等蛋白质组成的。

马克斯普朗克多学科科学研究所的生物化学家、该论文的作者Melina Schuh说：“这些蛋白质中的许多对早期哺乳动物胚胎具有非常重要的功能。以前从未在哺乳动物细胞中见过这样的蛋白质储存系统。这是一种非常不同、独特的机制。”

纽约州伊萨卡市康奈尔大学贝克动物健康研究所的生物学家Scott Coonrod说，这篇论文揭示了细胞质晶格的分子基础，并表明它们在早期胚胎中是多么重要。

使产生PADI6和SCMC的基因失活会破坏细胞质晶格和蛋白质储存，导致胚胎无法存活。

日本福冈九州大学的遗传学家Hiroyuki Sasaki说：“这项研究表明PADI6和SCMC蛋白分布在整个细胞中。科学家们以前认为这些蛋白质只存在于靠近外膜的地方。”

研究小组证实，这些发现也适用于人类卵母细胞，为更好地理解某些形式的不孕症提供了一条途径。这些基因发生突变的人的受精卵通常不会经过第一次分裂。

Jentoft说，体外受精不会有帮助。“知道如果你有这些突变，试管婴儿将不会是一个选择是非常有力的信息，因为作为一对夫妇经历这些周期是非常耗费感情和昂贵的。”