新闻 | 科学家通过超级计算机模拟揭示精卵融合的秘密

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队利用“Piz Daint”超级计算机，首次通过模拟展示了人类卵子受精过程中的关键动态。这一研究不仅揭示了精子和卵子融合的复杂分子机制，还为未来开发避孕药物和治疗不孕症提供了新的思路。

研究揭示：蛋白质复合物促成精卵融合

此前，科学家已经知道，在精子和卵子相遇时，精子表面的IZUMO1蛋白与卵子外膜上的JUNO蛋白相互作用，促成两者的识别与粘附，从而使其最终融合。然而，具体的机制一直未能通过晶体结构分析清晰描述。

苏黎世联邦理工学院的研究团队通过模拟展示了在水溶液环境下，JUNO和IZUMO1蛋白的结合过程。研究显示，这两个蛋白之间的相互作用是由超过30个短暂的接触点所维持的，每个接触点的持续时间不足50纳秒。这些网络动态的深入理解不仅为避孕药物的开发提供了新可能，也有助于更好地理解影响生育的基因突变。

锌离子调控结合强度

研究还发现，锌离子（Zn²⁺）在精卵结合中起到了重要的调控作用。模拟结果表明，当存在锌离子时，IZUMO1蛋白会弯曲成类似回旋镖的结构，导致其无法与JUNO蛋白牢固结合。这一机制可能解释了卵子在受精后立即释放大量锌离子以防止其他精子进入的现象。

叶酸与JUNO的结合

此外，模拟还揭示了叶酸与JUNO蛋白结合的奥秘。虽然实验表明JUNO蛋白在水溶液中无法与叶酸结合，但模拟显示，当IZUMO1与JUNO结合后，叶酸才能进入JUNO的结合口袋。这一发现为理解叶酸在孕妇神经发育中的作用提供了新的视角。

展望未来

这项研究不仅在结构生物学领域具有重要意义，还为开发新型药物成分、治疗不孕症、以及改进体外受精技术提供了理论基础。

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