精子在新生命的创造中发挥着关键作用，基本上提供了所需遗传物质的一半。这一过程的成功取决于具有发育能力的精子细胞的生成，这通常由形状决定。事实上，在体外受精过程中，“最好看的”精子被选择来使卵子受精。

然而，由于许多混杂因素，这种最佳形状如何转化为适当的精子功能很难评估。

密歇根大学的研究人员现在正在深入研究精子形成的分子水平细节，特别关注这一过程中的异常如何可能导致男性因素不育。

与体内的其他细胞不同，精子具有独特的特征——它们的遗传物质富含被称为鱼精蛋白的蛋白质。

鱼精蛋白已在植物、鱼类和哺乳动物等各种生物体中被发现，其经历了数亿年的进化。

这种基于鱼精蛋白的精子细胞包装系统的重要性提出了一个有趣的问题：为什么精子使用鱼精蛋白而不是所有其他细胞类型都使用的组蛋白来包装DNA?

为了揭示鱼精蛋白在生殖中的重要性，SaherSueHammoud博士、SyRedding博士、LindsayMoritz博士、SamanthaSchon医学博士及其团队对鱼精蛋白进行了深入研究。鱼精蛋白的分子序列组成，以了解蛋白质的变化如何影响功能。

“我们开始研究鱼精蛋白，因为它们存在于许多动物物种中，而且也在快速进化，因此存在很多序列变异，”人类遗传学、妇产科和泌尿科副教授哈穆德说。

大多数哺乳动物具有多种类型的鱼精蛋白，这些鱼精蛋白需要保持明确的比例，而该比例的偏差与不育有关。

传统观点认为，鱼精蛋白在将DNA紧密包装成称为染色质的致密结构方面特别有效，因为它们富含精氨酸，精氨酸是一种带正电的氨基酸，可与带负电的DNA强烈结合。

然而，最近的研究表明，鱼精蛋白还含有物种特异性的非精氨酸，并且具有意想不到的翻译后修饰，这些修饰会在蛋白质产生后发生化学变化。

这项研究发表在《自然结构与分子生物学》杂志上，探讨了鱼精蛋白以前未被认识的特征。

“众所周知，相互作用和包装DNA的分子具有带正电荷的特征。这项工作的真正美妙之处在于，它揭示了嵌入这些蛋白质中的其他我们从未真正考虑过的逻辑，其他氨基酸也发挥着非常重要的作用，”马萨诸塞大学陈医学院生物化学和分子生物技术助理教授雷丁说。

此外，有趣的是鱼精蛋白上存在翻译后修饰，尽管事实上精子不具有转录活性。

“鱼精蛋白上有所有这些不同的修饰这一事实表明，这些修饰一定在染色质包装中具有某种功能，”哈穆德实验室的博士后研究员、该论文的共同第一作者莫里茨说。

他们利用小鼠分析了成熟小鼠精子中存在的小鼠鱼精蛋白特异的修饰赖氨酸残基。用丙氨酸(无法修饰)替代赖氨酸会导致精子形状异常、胚胎发育受损并降低生育能力。

更令人惊讶的是，用带正电的精氨酸取代赖氨酸并没有纠正有缺陷的精子包装，这意味着相互作用超出了分子的电荷范围。

男性因素不育症往往缺乏明确的原因，这凸显了研究这些修饰的重要性。

密歇根大学妇产科助理教授、该论文的共同第一作者舍恩指出，“我认为这些修改很有趣，作为研究和确定不孕原因的另一种途径，事实上它可能发挥作用早期胚胎中的检测作为潜在的诊断工具和体外受精的受精后具有巨大的意义。”

研究小组希望接下来更详细地研究精子细胞包装的机制，以期在体外完全重现该过程。

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