精子細(xì)胞之間的競爭是非常慘烈的，它們都想率先到達(dá)卵細(xì)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(xiàng)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(gè)精子的競爭能力，而異常的蛋白活性則可導(dǎo)致男性不育。

當(dāng)數(shù)百萬精子游向卵子使它們受精時(shí)，這實(shí)際上是一場生命競賽。但是，成功突圍的那個(gè)精子純粹是憑運(yùn)氣嗎?當(dāng)然不是。事實(shí)證明，各個(gè)精子之間的競爭力存在差異。在小鼠中，一個(gè)“自私”的天然存在的DNA片段破壞了基因遺傳的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，并使包含這個(gè)片段的精子細(xì)胞的成功率高達(dá)99%。

研究人員描述了稱為“ t—單倍型”的遺傳因子是如何促進(jìn)精子搶灘登陸直擊卵子的。實(shí)驗(yàn)表明，具有t—單倍型的精子比其“正常”同伴更具進(jìn)攻性，即向前運(yùn)動(dòng)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(gè)精子，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)在沖向卵子路上“掉鏈子”的精子細(xì)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(yùn)動(dòng)性差異與分子RAC1有關(guān)。這個(gè)分子開關(guān)通過激活其他蛋白將信號從細(xì)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(dá)目標(biāo)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(xué)家亞歷山德拉·阿瑪拉爾表示：“單個(gè)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(yùn)動(dòng)。”

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(shí)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(hù)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(jìn)的“毒藥”。

染色體在成熟期的精子間均勻分裂，即每個(gè)精子細(xì)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(fù)面影響，而且這個(gè)保護(hù)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(gè)17號染色體之一上出現(xiàn)的雄性小鼠精子中，某些細(xì)胞向前運(yùn)動(dòng)，而某些細(xì)胞幾乎裹足不前。對單個(gè)精子進(jìn)行的測試表明，基因“正常”的精子大多不是直線運(yùn)動(dòng)的。當(dāng)研究人員用RAC1抑制劑處理混合的精子時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)基因“正常”的精子也開始逐漸游動(dòng)。t—單倍型精子的優(yōu)勢消失了，這表明RAC1的異?；钚詴_亂精子的前行能力。

該結(jié)果解釋了為什么具有兩個(gè)t—單倍型副本(分別位于兩個(gè)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(xì)胞的RAC1活性水平要比基因“正常”小鼠高得多，并且?guī)缀醪贿\(yùn)動(dòng)。

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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)突顯出精子細(xì)胞是無情的競爭者這一事實(shí)。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(dá)到目的的。基因差異可使單個(gè)精子在生命競賽中占據(jù)優(yōu)勢，從而促進(jìn)特定基因變異向下一代的傳播。(記者 馮衛(wèi)東)

關(guān)鍵詞： 精子 卵子