諾獎AI 神器 AlphaFold再立功！Cell文章破解精卵結合的“密碼”，不孕不育有救了

AlphaFold，這個獲得今年諾貝爾化學獎的 AI 工具，再次展現了其強大的實力！它不僅能預測蛋白質結構，現在還幫助科學家們揭開了精子和卵子結合的“神秘面紗”，而且發現，真相遠比我們想象的要複雜得多！🤯以前，我們一直以為精子和卵子的結合就像一把鑰匙開一把鎖，只需要兩個蛋白質（精子一個，卵子一個）就能“幸福地生活在一起”。但 AlphaFold 的研究表明：在脊椎動物中，精子需要三個蛋白質“組團出道”，才能與卵子成功“牽手”！ 💖

三個“媒人”是誰？缺一不可！

這項由維也納分子病理學研究所的分子生物學家 Andrea Pauli 領導，並發表在國際頂級期刊《細胞》（Cell）雜誌上的研究，讓我們認識了這三位關鍵的“媒人”： Izumo1、Spaca6 和 Tmem81

其中，Izumo1 和 Spaca6 早已是科學家們的老朋友，已知它們在受精過程中扮演着重要角色。而 Tmem81 則是新發現的“關鍵先生”！它的出現徹底顛覆了我們對精卵結合機制的認知！

Tmem81：生育的“守門人”！ 研究人員通過 CRISPR-Cas9 基因編輯技術，分別敲除了斑馬魚和老鼠的 Tmem81 基因。結果發現，敲除 Tmem81 基因的雄性斑馬魚和老鼠都會不育，而雌性則沒有受到影響。這説明 Tmem81 蛋白在雄性生育中起着至關重要的作用，就像一位盡職盡責的“守門人”，守護着精子與卵子結合的大門！

斑馬魚實驗：精卵結合的“現場直播”！ 為了進一步研究 Tmem81 的作用機制，研究人員在體外進行了精卵結合實驗。他們用一種叫做 MitoTracker 的熒光染料標記了斑馬魚的精子，然後將它們與去殼的卵子放在一起。結果發現，野生型精子能夠順利地與卵子結合，而敲除 Tmem81 基因的精子卻無法與卵子結合，只能在卵子周圍徘徊，就像一羣找不到家的孩子！😭

老鼠實驗：進一步驗證 Tmem81 的重要性！研究人員對老鼠也進行了類似的實驗，結果與斑馬魚實驗一致。敲除 Tmem81 基因的雄性老鼠的精子雖然活力正常，形態也正常，但卻無法與卵子融合。即使精子能夠與卵膜結合，也無法完成最終的融合步驟，就像一對戀人，明明互相吸引，卻無法走到一起！💔

三個蛋白質“組團出道”，形成複合體！ AlphaFold 預測這三個蛋白質會形成一個複合體，就像三個“媒人”手拉手，共同完成“ matchmaking ” 的任務。通過免疫共沉澱和質譜分析等實驗方法，研究人員證實了 AlphaFold 的預測。在斑馬魚的精子中，這三個蛋白質確實會相互作用，形成一個穩定的複合體。在人類細胞中也觀察到了類似的現象，當這三種蛋白質同時表達時，它們會相互作用並形成複合體，進一步證明了這種相互作用的保守性和重要性

“接頭暗號” Bouncer：精卵識別的關鍵！ 研究團隊發現，在斑馬魚中，這三個蛋白質組成的複合體會與卵子上的一個名為 Bouncer 的蛋白質結合。Bouncer 就像精子和卵子之間的“接頭暗號”，只有對上暗號，才能“喜結良緣”！通過細胞實驗，研究人員證實了 Bouncer 與精子三聯體蛋白複合物之間的相互作用，並確定了複合體中 Spaca6 和 Izumo1 蛋白上的特定氨基酸殘基對於與 Bouncer 結合至關重要。他們還發現，即使 Spaca6 和 Izumo1 蛋白之間的相互作用被破壞，只要它們各自與 Bouncer 的結合位點完好無損，仍然可以與 Bouncer 結合，這表明三聯體蛋白複合物中的所有三個蛋白質都參與了受精過程

AlphaFold 的妙用：AI 預測，實驗驗證，完美配合！

這項研究的成功，離不開 AlphaFold 的幫助！

預測蛋白質相互作用： 由於精子和卵子結合過程中涉及的蛋白質位於細胞膜上，用傳統的生化方法很難研究。這些蛋白質通常表達水平低，相互作用也比較微弱，而且很難從一些常用的實驗動物（例如小鼠）中獲取足夠多的有活力的卵子和精子來進行大規模實驗。因此，研究人員巧妙地藉助了 AlphaFold 的力量，來預測蛋白質之間的相互作用，從而發現了 Tmem81 的關鍵作用。這就像一位經驗豐富的“媒人”，一眼就能看出哪些蛋白質“般配”！😉

斑馬魚和海膽：受精研究的“常客”！ 由於以上原因，早期的受精生物學研究通常集中在海洋無脊椎動物（例如海膽）或釋放大量卵子和精子到水中的脊椎動物（例如斑馬魚）上。這些生物的卵子和精子更容易獲得，而且更容易在體外進行實驗