Расшифрована структура «дверного замка» на яйцеклетке
3D-строение белка, который пропускает сперматозоид к яйцеклетке, расшифровано. Теперь можно создать новый контрацептив и вылечить несколько видов бесплодия.
Молекулярные биологи расшифровали трехмерную структуру белка в оболочке яйцеклетки, который служит рецептором для сперматозоида при оплодотворении. Взаимодействие сперматозоида с рецептором ZP 3 строго видоспецифично – именно на этом уровне поставлен барьер, препятствующий скрещиванию разных видов животных.
Доктор Люка Джовин (Dr. Luca Jovine) и его коллеги из отделения кристаллографии белка Каролинского института (Protein Crystallography Unit at Karolinska Institutet, Стокгольм, Швеция) применили метод рентгеновской кристаллографии, чтобы увидеть молекулу белка ZP 3 в объеме.
Как работают белки ZP
Чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен последовательно преодолеть три барьера к цитоплазме яйцеклетки. Сначала он проходит через лучистый венец, состоящий из нескольких слоев фолликулярных клеток. Затем сталкивается с так называемой блестящей оболочкой яйцеклетки (zona pellucid). Она очень плотная, и просто так ее не пробьешь.
Белки ZP 3 и ZP 2 формируют блестящую оболочку в процессе созревания яйцеклетки. При этом они полимеризуются и образуют нити, которые окутывают яйцеклетку наподобие кокона. Роль блестящей оболочки в оплодотворении показана на мышах. У мышей, лишенных белков ZP 3 и ZP 2, яйцеклетка без оболочки, а сами они бесплодны.
Белки Z P3 и ZP 2 не только строят стену вокруг яйцеклетки, но и открывают в этой стене ворота, причем только для «своих», а «чужих» не пропускают. Говоря научным языком, они работают видоспецифичными рецепторами. Благодаря белку ZP 3 сперматозоид и яйцеклетка «узнают» друг друга как принадлежащих к одному виду. Если сперматозоид опознан как «свой», для него открываются «ворота» -- ферменты растворяют часть блестящей оболочки, и живчик проникает через образовавшийся канал к плазматической мембране. И в тот самый момент, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются своими мембранами, происходит оплодотворение.
О чем рассказала структура белка
«Рецептор ZP 3 известен уже 30 лет, но получить информацию о его структуре до сих пор не удавалось, это технически сложно из-за неоднородного строения», -- объясняет Люка Джовин.
Специалистам из Каролинского института удалось описать структуру важнейшего фрагмента этого белка, выделенного из оболочки мышиной яйцеклетки – домена ZP-N, с разрешением 2.3 ангстрем (Å). Структура этого домена позволяет отнести белок к новому подсемейству иммуноглобулинов и показывает, как он обеспечивает полимеризацию при формировании оболочки яйцеклетки.
«Оплодотворение у млекопитающих – это чрезвычайно сложный процесс, -- говорит Люка Джовин. – Наша работа положила начало исследованиям возникновения новой жизни на атомном уровне».
У открытия еще и реальные перспективы практического использования. Ученые надеются, что трехмерное строение белка поможет разобраться в некоторых причинах бесплодия у человека и найти средство их преодоления. С другой стороны, можно ожидать появления негормональных контрацептивов нового поколения, действующих на молекулярном уровне.
Наконец, исследователи говорят, что ZP-N домены аналогичной структуры есть не только в белке ZP 3, но и в других белках-рецепторах, совсем не связанных с оплодотворением, а связанных с разными заболеваниями. Такими разными, как глухота, болезни сосудов, почек, рак. Возможно, информация о строении важнейшего белкового домена поможет понять молекулярный механизм этих болезней.
Результаты работы опубликованы в последнем выпуске Nature.