Interaktionen mellan ägg och spermie ytterligare kartlagd
Forskare vid Karolinska Institutet har kommit ett steg närmare att förstå mekanismerna som leder till att ägg och spermie förenas vid befruktning. Med hjälp av så kallad röntgenkristallografi har forskarna lyckats kartlägga den tredimensionella strukturen av Juno, ett av de protein som är avgörande för att starta processen när könscellerna smälter samman. Deras resultat är inte bara intressanta rent evolutionärt men avslöjar också strukturen för ett potentiellt mål för hormonfria preventivmedel i framtiden.
Sammansmältningen av äggcell och spermie är ett essentiellt steg för befruktning i sexuellt reproducerande organismer. De molekylära mekanismerna som ligger till grund för detta har länge varit mål för intensiv forskning. År 2014 kom ett genombrott när äggcellsproteinet Juno upptäcktes. Juno som hålls fast i äggcellsmembranet, interagerar med spermieproteinet Izumo1 när spermie och äggcell träffas.
Upptäckten av Juno och Izumo1 öppnade möjligheter för att studera förloppet på en molekylär nivå. Vikten av proteinernas betydelse demonstrerades av att möss som saknar något av de två proteinerna är infertila. Fortfarande var det dock okänt hur de båda proteinerna interagerar med varandra vid äggcellsmembranet, något som Luca Jovine, professor i strukturbiologi på institutionen för biovetenskaper och näringslära, jobbat hårt för att förstå.
Äggcellsproteinet Juno tillhör en familj av protein som kallas folat (eller vitamin B9)-receptorer. Dessa är nödvändiga för en mängd biologiska processer i kroppen inte minst for fostrets utveckling under fosterstadiet. I studien, som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Current Biology, presenterar forskarna en högupplöst tredimensionell struktur av Juno. Den visar att Juno är strukturellt mycket likt de övriga proteinerna i familjen, förutom vid den specifika region som fungerar som bindningsplats för vitamin B9, vilket förklarar varför vitaminet inte kan binda till proteinet.
Samma region i proteinet
Observationerna av strukturen tyder på att samma region i proteinet istället utgör bindningsplats för spermieproteinet Izumo1. Tillsammans med forskare från Cambridge analyserade Luca och hans grupp hur förändringar i den här regionen av äggcellsproteinet Juno påverkar dess förmåga att binda till Izumo1. Resultaten tyder på att Izumo1 binder till en avgränsad region mellan två krökningar i Junos tredimensionella struktur.
– Mest intressant var att vi fann att olika förändringar i den här regionen gjorde så att Juno antingen helt förlorade förmågan att binda Izumo1 eller ändrade art-specificiteten av bindningen. Våra resultat visar inte bara hur Juno ser ut på atomnivå, men tar oss också ett steg närmare att förstå hur interaktionen med spermieproteinet Izumo1 leder till sammansmältningen av könscellernas cellmembran, säger Luca Jovine.
Enligt forskarna tyder resultaten på att strukturella förändringar av en vitamin B9-receptor har skett långt tillbaka i tiden och gett upphov till en av de viktigaste mekanismerna för sexuell reproduktion: bindningen mellan äggcell och spermie.
Luca Jovine är också knuten till nystartade Centrum för innovativ medicin (CIMED) i Huddinge. Forskningen har finansierats med anslag från bland annat CIMED, Vetenskapsrådet, ERC och ett EMBO Young Investigator Award (fullständig lista i vetenskaplig artikel).
Publikation
Divergent evolution of vitamin B9 binding underlies Juno-mediated adhesion of mammalian gametes
Ling Han, Kaoru Nishimura, Hamed Sadat Al Hosseini, Enrica Bianchi, Gavin J. Wright, and Luca Jovine
Current Biology, online 8 February 2016, doi: 10.1016/j.cub.2015.12.034