اسپرم با کمک ۳ پروتئین مخفی به تخمک می‌رسد، کشف هوش مصنوعی
در یک مطالعه جدید، پژوهشگران سه پروتئین را شناسایی کرده‌اند که به عنوان کلیدی اساسی برای ترکیب اسپرم با تخمک عمل می‌کنند، فرآیندی که اولین گام در ایجاد زندگی جدید است.
محققان از ابزار هوش مصنوعی AlphaFold استفاده کردند تا در سطح مولکولی تعاملات پروتئین‌های اسپرم را کشف کنند و به جنبه‌ای بنیادی از باروری در مهره‌داران پی بردند.
سفر مرموز اسپرم به تخمک
فرآیند باروری زمانی آغاز می‌شود که اسپرم به وسیله سیگنال‌های شیمیایی به سمت تخمک هدایت می‌شود. وقتی به تخمک می‌رسند، اسپرم به سطح تخمک متصل می‌شود و ترکیب مواد ژنتیکی آن‌ها برای تشکیل زیگوت آغاز می‌شود. با این حال، مکانیزم‌های مولکولی دقیق این تعامل بحرانی همچنان ناشناخته مانده‌است.
آزمایشگاه آندریا پائولی در موسسه تحقیقات پاتولوژی مولکولی (IMP) در وین، به همراه همکاران بین‌المللی، از AlphaFold Multimer برای پیش‌بینی تعاملات پروتئینی که هدایت‌کننده همجوشی اسپرم و تخمک هستند، استفاده کردند.
تیم بر روی پروتئین‌های غشایی اسپرم تمرکز کردند و از AlphaFold برای پیش‌بینی اینکه کدام پروتئین‌ها ممکن است به هم متصل شوند، استفاده کردند. تحلیل آن‌ها نشان داد که دو پروتئین قبلاً شناخته شده، Izumo1 و Spaca6، با پروتئین جدیدی به نام Tmem81 تعامل دارند.
آندریاس بلاها، یکی از نویسندگان اولین مطالعه می‌گوید: "ما از کشف یک پروتئین جدید که قبلاً توصیف نشده بود، متعجب شدیم." این مجموعه سه‌تایی - متشکل از Izumo1، Spaca6 و Tmem81 - نشان داده شده است که نقش کلیدی در باروری ایفا می‌کند. زمانی که این مجموعه مختل شد، ماهی‌های زبرا و موش‌های نر نابارور شدند.
قفل و کلید: مکانیزمی جهانی برای تمام مهره‌داران؟
پژوهشگران نشان دادند که این مجموعه پروتئینی اسپرم با پروتئین سطح تخمک در ماهی زبرا، به نام Bouncer، تعامل دارد که به عنوان "قفل" عمل می‌کند و به اسپرم اجازه می‌دهد تا با تخمک ترکیب شود. نقش Bouncer در ماهی زبرا مشابه عملکرد Juno در پستانداران است، هرچند که این پروتئین‌ها به لحاظ تکاملی نامرتبط هستند.
این کشف نشان می‌دهد که در حالی که پروتئین‌های اسپرم در میان گونه‌ها حفظ شده‌اند، پروتئین‌های تخمک به طور مستقل تکامل یافته‌اند تا باروری را در مهره‌داران مختلف تسهیل کنند.
آندریا پائولی، نویسنده برجسته مطالعه گفت: "این واقعیت که در طول میلیون‌ها سال تکامل حفظ شده است، اهمیت فرآیند قفل و کلید را نشان می‌دهد."
این کشف به خصوص با توجه به واگرایی تکاملی پروتئین‌های تخمک جذاب است، که از قفل‌های خاص گونه - مانند Bouncer در ماهی زبرا و Juno در پستانداران - برای اتصال به کلید پروتئین اسپرم محافظت شده استفاده می‌کنند.
پژوهشگران پیش‌بینی‌های تولید شده توسط هوش مصنوعی را با آزمایش بر روی موجودات زنده تأیید کردند، و تأیید کردند که این مجموعه پروتئینی نه تنها در ماهی زبرا بلکه در موش‌ها و انسان‌ها نیز وجود دارد. این نشان می‌دهد که یک مجموعه پروتئینی اسپرم مشابه می‌تواند ویژگی مشترک باروری در مهره‌داران باشد.
پیامدهای گسترده‌تر برای علوم باروری
این کشف مسیرهای جدیدی برای بررسی درمان‌های باروری و سلامت تولید مثلی باز می‌کند، زیرا پروتئین‌های مورد نظر برای فرآیند همجوشی ضروری هستند. محققان مشتاقند بررسی کنند که چگونه گونه‌های مختلف پروتئین‌های تخمک خود را به شیوه‌های مختلف تکامل داده‌اند تا با مکانیزم اسپرم محافظت شده تعامل داشته باشند.
با تحقیقات بیشتر در زمینه مبانی مولکولی باروری، ابزارهای هوش مصنوعی مانند AlphaFold در حال ارائه بصیرت‌هایی درباره فرآیندهای بنیادین که به ایجاد زندگی جدید منجر می‌شوند، هستند.
شناسایی این مجموعه پروتئینی سه‌تایی نه تنها درک ما از زیست‌شناسی تولید مثلی را پیشرفت داده بلکه سوالاتی جذاب درباره تنوع تکاملی مکانیزم‌های باروری در میان گونه‌ها مطرح می‌کند.
این مطالعه در Cell . منتشر شده است.
