发育生物学精卵识别

发育生物学之精子与卵子的识别,生命科学学院生物科学,1.概念,2.过程,3.例子,4.新发现,精卵识别是指受精过程中，精子与滤泡细胞、透明带和卵质膜等水平上的相互作用。其具有化学趋向性。有距离识别和接触识别之分，前者见于体外受精的水生生物。,1.概念,2.过程,3.例子,4.新发现,虽然精卵识别机制目前尚未全清楚，但是已有大量实验提示，精子头部质膜和卵透明带的糖基互补是对构成同种精卵特异性结合的分子基础。哺乳类动物和人卵透明带（zone pellucida, ZP)是包绕生长卵母细胞表面的一层半透明糖蛋白结构，对精卵识别、结合、穿透过程以及阻止多精受精和保护着床前胚胎等起关键性作用。,卵透明带的生物学功能：,（1）精卵识别和结合：ZP是哺乳动物和人精卵特异性识别、结合的重要物质基础。有许多研究表明，ZP3参与了精卵识别、结合，为精子的第一受体。以ZP3抗体预先处理卵或以ZP3预先处理精子都能有效地阻断精卵相互作用，具有精子受体活性的ZP3功能区主要是其糖链部分，而非肽链部分。在人类，可能是ZP3糖链末端甘露糖残基发挥主要作用。ZP3与精子结合后，诱导精子发生顶体反应。,（2）阻止多精受精：顶体反应的精子能识别、结合于卵ZP3，当精卵结合后，皮质颗粒释放糖苷酶及其它蛋白酶，裂解ZP3，使ZP3分子空间构象发生改变，失去了作为精子受体的活性，使次后的精子不能识别、结合与透明带，防止了多精受精。,（3）保护着床前胚胎：受精后的ZP结构仍然完整，有利于保护胚胎顺利通过输卵管进入子宫。若ZP受损或过早脱落，则会导致胚胎死亡。进入子宫后，在化学性修饰以及胚胎生长的机械压力共同作用下，使胚胎能从透明带中释放出来，从而有效地着床。,精子穿过透明带，到达卵周隙后位于精子头后部质膜的受精素与卵母细胞质膜上的整合素发生识别和结合，并启动精子与卵母细胞的质膜融合系统，最终实现受精过程。,卵识别蛋白具备以下特征：存在于顶体完整的精子质膜表面，并能结合ZP3；其抗体处理精子能阻断精卵识别和结合；不能结合于受精卵的透明带；基因敲出和转基因研究证实，其为精卵识别所需。,1.概念,2.过程,3.例子,4.新发现,自然环境中，几种海胆的精子可以接触一个卵子，产生顶体反应，但异种精子不能与卵子融合，这是因为精子表面的结合素能与卵细胞膜上特异的受体结合，而达到同种识别的目的。,小鼠透明带中有三种糖蛋白，命名为ZP1、ZP2、ZP3，分子量分别为200、120和83KD。ZP2和ZP3形成异二聚体，ZP1与二聚体交联，形成三维网状结构。ZP3是第一精子受体，能诱发顶体反应。用ZP3蛋白处理精子，则失去受精能力。,1，4-半乳糖转移酶-I（1，4-galactosyltransferase，GalTase）是精子表面负责与ZP3结合的蛋白。GalTase-I能结合ZP3糖链末端的N-乙酰葡糖胺（N-acetylglucosamine）残基，实验证明纯化的GalTase-I及其抗体均抑制精卵结合。GalTase-I能激活G蛋白，引起精子顶体反应，GalTase-I基因敲除的小鼠其精子缺乏顶体反应和穿越透明带的能力。,1.概念,2.过程,3.例子,4.新发现,日本科学家在自然杂志上报告说，他们发现了促使精子和卵子结合的关键蛋白质，为开发新型男性不育症疗法和避孕方法奠定了基础。 一颗精子排出男性体外，要穿越女性的子宫颈、输卵管等器官，经过长途跋涉后才能来到卵子身旁。而要与卵子结合，还必须通过包裹着卵子的一层厚膜，也就是日本科学家在自然杂志上报告说的发现的促使精子和卵子结合的关键蛋白质，为开发新型男性不育症疗法和避孕方法奠定了基础。,一颗精子排出男性体外，要穿越女性的子宫颈、输卵管等器官，经过长途跋涉后才能来到卵子身旁。而要与卵子结合，还必须通过包裹着卵子的一层厚膜，也就是透明带，因此只有非常“优秀”的精子才能有幸使卵子受精。然而，某些男性的精子无法同女性的卵子结合，这一直是困扰生育学家的一个问题。日本大阪大学科学家在报告中说，为解决这个问题，他们从一种已知的阻止精子和卵子结合的单克隆抗体入手。首先，他们在精子上寻找到该抗体附着的蛋白质。然后，他们利用转基因技术培育出精子表面缺乏这种蛋白质的实验鼠。科学家发现，这些实验鼠看起来很健康，却没有生育能力。显微镜观测表明，实验鼠的精子看似正常，实际上无法穿透卵子的透明带，原因是其表面缺少了这种蛋白质。科学家以日本人祈求婚姻幸福的出云神社为这种蛋白质命名，将其叫做“出云”蛋白质。他们说，出云蛋白质是精子独有的一种蛋白质，而且存在于细胞体外，因此