正常精子的线性游动路径（顶部），突变精子的圆形和对角线游动路径（中部和底部）。图片来源：Gadadhar et al. / Science 2021

法国巴黎文理研究大学、居里研究所和德国马普学会分子细胞生物学和遗传学所等机构的研究人员发现，一种特殊的微管蛋白酶修饰，称为糖基化，对于保持精子在一条直线上游动至关重要。而这种修饰的扰动可能会导致某些形式的人类男性不育。相关论文近日刊登于《科学》。

每个真核细胞的一个重要组成部分是细胞骨架。微管——由一种叫做微管蛋白的蛋白质组成的微小管，是这种细胞骨架的一部分，例如纤毛和鞭毛中就包含许多微管。而精子的尾巴便是鞭毛，它对雄性的生育能力和有性生殖都是必不可少的。鞭毛必须以一种非常精确和协调的方式跳动才能让精子继续游动。否则就会导致男性不育。

研究人员发现，在没有这种微管蛋白修饰的情况下，鞭毛跳动的方式受到了干扰，导致精子大多绕圈游动。该研究的第一作者、居里研究所的Sudarshan Gadadhar解释说：“精子鞭毛的核心是由微管和数以万计的被称为动力蛋白的微小分子马达组成的，后者使有节奏地弯曲微管以产生运动成为可能。这些动力蛋白的活性必须是紧密协调的。在没有糖基化的情况下，它们变得不协调，结果我们突然看到精子在打转。”

为了找到答案，研究人员分析了小鼠模型，在缺乏糖基化的小鼠精子上观察到了功能缺陷，这导致生育能力下降。为了找出为什么缺乏糖基化会导致精子活力紊乱和男性生育能力低下，研究小组使用冷冻电子显微镜观察了鞭毛的分子结构及其分子马达。分析显示，存在突变的鞭毛构建是正常的，但突变干扰了轴突动力蛋白的协调活动。这就解释了为什么精子细胞的游动会受到干扰。

研究人员表示，这项研究显示了糖基化对鞭毛动力蛋白运动控制的重要性，是微管修饰如何直接影响细胞中其他蛋白功能的主要例子。该发现还指出了男性不育的新机制。

相关论文信息：http://dx.doi.org/10.1126/science.abd491