新发现:精子运动可以帮助治疗男性不育症

精子插图

托莱多大学的研究表明，中心粒在精子中的作用从减震器演变为传输系统。

托莱多大学的科学家们发现了精子的新运动，为男性不育症的诊断和治疗策略提供了创新途径。

发表在《自然通讯》上的研究发现，精子颈部的非典型中心粒充当了控制精子头部抽搐的传输系统，使精子尾部运动与新的头部运动机械同步。

中心粒历来被认为是一种刚性结构，其作用类似于减震器。

“我们认为精子颈部的非典型中心粒是一种进化创新，其功能是让你的精子运动得更好，”UToledo 自然科学与数学学院的生物科学教授 Tomer Avidor-Reiss 博士说。“生殖成功取决于精子游过女性生殖道障碍的能力，同时在竞争中击败对手使卵子受精。”

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博士 候选人 Sushil Khanal（左）和生物科学教授 Tomer Avidor-Reiss 博士从保持在 -196 摄氏度的液氮罐中取出冷冻保存的精液样本。研究人员发现，中心粒在精子中的作用从作为减震器演变为传输系统，这一发现可能会导致帮助诊断和治疗男性不育症的创新方法。图片来源：Daniel Miller，托莱多大学

该研究由博士领导。候选人 Sushil Khanal 建立在实验室之前对人类精子的突破性发现的基础上，该发现改变了生殖生物学的教条：一位父亲在受精过程中通过精子捐赠的不是一个而是两个中心粒，而新发现的称为非典型中心粒的精子结构可能会导致不育，流产和出生缺陷。

“总的来说，这些研究要求我们对精子运动和早期胚胎中的精子中心粒的理解进行修订，”Avidor-Reiss 说。

Avidor-Reiss 相信这一发现可以为帮助家庭了解为什么他们可能难以怀孕的新可能性打开大门。

如果精子的头部和尾部没有一起移动，那么精子将无法有效地移动以到达卵子。

“如果中心粒有缺陷，精子尾部和头部之间的这种耦合就会有缺陷，”Avidor-Reiss 说。“在患者中，当我们不知道出了什么问题时，我们可能会观察精子尾部的移动方式并对其进行逆向工程，以确定中心粒功能，从而确定夫妇的不孕症。”

他还表示，发现这种运动可以在未来用于预测哪些精子具有可以维持生命的良好中心粒。

“现在，人们不知道要解决什么问题，”Avidor-Reiss 说。“我们可以查明问题所在。这些知识使我们能够识别出以前未发现的不育男性亚群。”

新的研究表明，在哺乳动物的精子中，在颈部的非典型远端中心粒、典型的近端中心粒和周围材料中存在一连串的内部滑动结构，将尾巴跳动与不对称的头部扭结联系起来。

使用 UToledo 仪器中心的 STORM 免疫荧光显微镜，研究人员能够显示非典型中心粒的左侧和右侧相对于彼此移动了约 300 纳米。虽然这是一个很小的数字，但考虑到平均蛋白质直径为 5 纳米，它标志着细胞中的剧烈运动。

博士 最近从 UToledo 大学毕业并获得生物学学士学位的学生 Luke Achinger 作为本科生在大学首屈一指的合唱团中演唱了贝斯，并为他的实验室的新发现写了歌词，在一首名为“Twitch, Roll”的歌曲中解释了新乐章的工作原理和偏航。” 

“我们喜欢推广科学和艺术，在这种情况下，我们展示了精子是统一跳动的。精子的头部与尾部没有分离。包括非典型和典型中心粒在内的颈部可能充当协调精子运动的形态计算机或精子大脑，”Avidor-Reiss 说。

“这首歌是理解重大变化的一种创造性方式。在过去的十亿年中，中心粒看起来总是一样的。它是细胞中最保守的结构之一。我们发现了一些不同的东西，它们以相反的方式发挥作用，从减震器演变为传动系统。”

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