Sono la strana coppia originaria: uno è enorme, sferico e immobile. L’altro è di taglia piccola, ha la coda e non smette mai di nuotare. Tuttavia, l’unione di ovulo e spermatozoo è fondamentale per ogni animale sulla Terra che si riproducono sessualmente.
Il modo esatto in cui è avvenuta questa unione è stato a lungo un mistero per gli scienziati. UN Studia I risultati dello studio, pubblicati giovedì sulla rivista Cell, si basano sulla tecnica dell’intelligenza artificiale vincitrice del premio Nobel, che ha dimostrato che un pacchetto di tre proteine intrecciate è la chiave che consente allo sperma e all’ovulo di legarsi insieme. Questo pacchetto cruciale è condiviso da animali lontanamente imparentati come pesci e mammiferi, probabilmente compresi gli esseri umani.
Per quasi tutti gli animali sulla Terra, la vita inizia con uno spermatozoo che si fa strada verso la membrana della cellula uovo. In qualche modo, le due cellule si riconoscono e si legano insieme. Poi, in un batter d’occhio, la testa dello spermatozoo passa all’interno dell’ovulo, come se attraversasse una porta. Ora la cellula fusa è uno zigote ed è pronto a crescere in un nuovo animale.
In una ricerca precedente, gli scienziati avevano scoperto quattro proteine nello sperma dei mammiferi, che si trovano anche nello sperma dei pesci e sono essenziali per la fecondazione. Ma nessuno sapeva se e come avrebbero potuto lavorare in squadra per inserire l’uovo.
Nel nuovo studio, Andrea Pauli, biologo molecolare e dello sviluppo presso l’Istituto di ricerca per la patologia molecolare di Vienna, e collaboratori di diverse istituzioni hanno chiesto come le proteine dello sperma cooperano durante la fecondazione.
I ricercatori si sono affidati alla tecnologia AlphaFold, che la settimana scorsa ha condiviso il Premio Nobel per la Chimica. Utilizza l’intelligenza artificiale per prevedere la forma della proteina. Utilizzando AlphaFold, il team è stato in grado di confrontare le quattro proteine dello sperma condivise tra mammiferi e pesci con una libreria di circa 1.400 altre proteine trovate sulla superficie cellulare dei testicoli del pesce zebra, alla ricerca di potenziali partner.
“Volevamo trovare qualcosa che sapevamo sarebbe stato nel posto giusto al momento giusto”, ha affermato Victoria Deneke, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio del Dr. Pauli.
Anche per AlphaFold questa è stata una sfida. “Ha funzionato per due o tre settimane”, ha detto il dottor Deneke, monopolizzando le risorse informatiche del campus.
“Le altre persone dell’istituto non erano così contente”, ha aggiunto il dottor Pauli.
Infine, AlphaFold ha previsto che due comuni proteine native dello sperma si sarebbero legate tra loro, insieme a una terza proteina precedentemente sconosciuta, creando una squadra di tre.
Esperimenti di laboratorio hanno confermato le ipotesi del programma: i pesci zebra maschi privi della terza proteina appena scoperta erano sterili, così come i topi maschi. Il loro sperma nuota normalmente ma non può fondersi con l’uovo. Gli scienziati hanno anche trovato prove biochimiche che le tre proteine dello sperma funzionano come una singola unità, sia nel pesce zebra che nell’uomo.
Il dottor Pauley ha affermato che è probabile che lo stesso fascio cruciale sia presente in molti – o in tutti – gli animali dotati di spine.
Ha descritto il fascio proteico dello sperma come una sorta di chiave che si inserisce nella serratura della cellula uovo. Nei pesci, questo blocco è una proteina chiamata buttafuori, che è comoda perché senza di essa la testa dello sperma non può entrare nell’uovo.
Precedenti ricerche hanno anche identificato una molecola di blocco nelle uova dei mammiferi, che si lega a una delle proteine nel fascio di tre proteine. Stranamente, il lucchetto dei mammiferi non è la guardia. È una proteina non correlata chiamata Giunone.
Ciò significa che da qualche parte nella storia gli animali devono aver sviluppato diverse proteine dell’uovo per legarsi al pacchetto proteico dello sperma. Ciò presenta un mistero: la serratura è cambiata, ma in qualche modo “la chiave dello sperma è rimasta la stessa”, ha detto il dottor Pauli.
“Vorremmo conoscere la risposta”, ha aggiunto.
Amber Kruchounas, biologa della riproduzione dell’Università del Delaware, non coinvolta nella nuova ricerca, ha definito il nuovo studio “davvero entusiasmante”.
All’inizio di quest’anno, un altro gruppo di ricerca ha utilizzato AlphaFold in modo indipendente anticipazione Lo stesso triplo pacchetto di proteine esiste nei mammiferi. “Il fatto che due gruppi indipendenti siano giunti alle stesse conclusioni aumenta sicuramente la nostra fiducia nei risultati”, ha affermato il dott. Krochounas.
Tuttavia, ha detto, “c’è sicuramente ancora molto lavoro da fare per scoprire i segreti della fecondazione”. Ad esempio, è noto che alcune proteine dello sperma sono condivise tra mammiferi e pesci ma non fanno parte di questo pacchetto; Cosa stanno facendo?
“Questa è una domanda fondamentale con pochissime risposte molecolari”, ha detto il dottor Pauli. “È incredibile.”
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