Så skyddar sig ägget mot befruktning av flera spermier
Efter att ägget har blivit befruktat av en spermie stramas det omgivande ägghöljet åt, vilket mekaniskt förhindrar att ytterligare spermier tar sig in och att embryot dör. Det visar forskning från bland annat Karolinska Institutet som publicerats i tidskriften Cell. Studien förklarar även hur mutationer i ägghöljets proteiner kan ligga bakom kvinnlig infertilitet och kan på sikt leda till nya preventivmedel.
Befruktningen hos däggdjur börjar med att en spermie fäster till äggcellens omgivande hölje. Ägghöljet består av långa kedjor av proteiner, så kallade filament, som spermien måste penetrera för att kunna smälta samman med ägget. Nu har ett internationellt forskarlag i detalj kartlagt strukturen och funktionen hos proteinet ZP2, en komponent i ägghöljets filament som spelar en viktig roll för att reglera hur ägg och spermier interagerar med varandra vid befruktningen.
Dödligt tillstånd för embryot
– Det är känt sedan tidigare att ZP2 klyvs efter att den första spermien har tagit sig in i ägget. Nu kan vi visa hur denna händelse gör ägghöljet hårdare och ogenomträngligt för andra spermier. På så vis förhindras polyspermi, alltså att flera spermier smälter samman med ett enda ägg, vilket är ett dödligt tillstånd för embryot, berättar Luca Jovine, professor vid institutionen för biovetenskaper och näringslära, Karolinska Institutet, som lett forskningen.
Förändringarna i ägghöljet efter befruktningen är också avgörande för kvinnans fertilitet eftersom de skyddar det växande embryot tills det implanteras i livmodern. Den nya kunskapen kan därför få betydelse för utvecklingen av icke-hormonella preventivmedel som stör bildandet av ägghöljet. Dessutom förklarar studien kvinnlig infertilitet orsakad av förändringar i ägghöljet.
– Mutationer i generna som kodar för ägghöljets proteiner kan orsaka kvinnlig infertilitet och allt fler sådana mutationer upptäcks. Vi hoppas att vår studie kan underlätta diagnostisering av kvinnlig infertilitet och eventuellt även bidra till förebyggandet av oönskade graviditeter, säger Luca Jovine.
Letar efter spermiereceptor
Studien visar också att en del av ZP2 som man tidigare trodde fungerade som en mottagare (receptor) för spermier inte är nödvändig för att spermierna ska kunna fästa till ägget. Detta väcker frågan om vad som är den verkliga spermiereceptorn på ägghöljet, något som forskarna planerar att undersöka vidare.
Forskarna kombinerade röntgenkristallografi och kryo-elektronmikroskopi för att studera 3D-strukturen hos ägghöljets proteiner. Interaktionen mellan spermier och ägg som bär på mutationer i ZP2-proteinet studerades hos möss, medan AI-programmet AlphaFold användes för att förutsäga ägghöljets struktur hos människa.
Studien genomfördes i samarbete med Osaka universitet och Sophia-universitetet, Japan, och University of Pittsburgh, USA, med data som samlats in vid SciLifeLab och synkrotronerna ESRF, DLS och BESSY II.
Forskningen finansierades huvudsakligen av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet och Centrum för innovativ medicin (CIMED). Det finns inga rapporterade intressekonflikter.
Publikation
”ZP2 cleavage blocks polyspermy by modulating the architecture of the egg coat”, Shunsuke Nishio, Chihiro Emori, Benjamin Wiseman, Dirk Fahrenkamp, Elisa Dioguardi, Sara Zamora-Caballero, Marcel Bokhove, Ling Han, Alena Stsiapanava, Blanca Algarra, Yonggang Lu, Mayo Kodani, Rachel E. Bainbridge, Kayla M. Komondor, Anne E. Carlson, Michael Landreh, Daniele de Sanctis, Shigeki Yasumasu, Masahito Ikawa, Luca Jovine, Cell, online 14 mars 2024, doi: 10.1016/j.cell.2024.02.013.