Исследования с использованием искусственного интеллекта (ИИ) привели к важному открытию: выявлен новый белковый комплекс, играющий ключевую роль в процессе оплодотворения между сперматозоидом и яйцеклеткой. Это открытие проливает свет на молекулярные механизмы, необходимые для успешного слияния клеток, что является первым шагом в формировании эмбриона.

Генетические исследования уже выявили множество белков, участвующих в процессе оплодотворения. Однако до сих пор оставалось неясным, как эти белки взаимодействуют друг с другом и формируют комплексы, обеспечивающие успешное слияние. Лаборатория Андреа Паули в Институте молекулярной биологии (IMP) объединила структурные предсказания ИИ с экспериментальными данными для выявления этого ключевого комплекса. Их результаты, опубликованные в журнале Cell, демонстрируют фундаментальный механизм, общий для всех позвоночных.

Раскрывая тайну клеточного слияния

Оплодотворение — это первый шаг в развитии новой жизни, начинающийся с движения сперматозоида к яйцеклетке. Когда сперматозоид достигает яйцеклетки, он связывается с её поверхностью через специфические белковые взаимодействия. Это связывание подготавливает мембраны клеток к слиянию, позволяя их генетическому материалу объединиться и создать зиготу, которая в конечном итоге разовьётся в новый организм.

Несмотря на значительные успехи в понимании этих ранних стадий, точные механизмы, позволяющие сперматозоиду и яйцеклетке встретиться и слиться, оставались неуловимыми. Сперматозоиды и яйцеклетки специализированы для слияния, что включает строго регламентированную последовательность молекулярных событий.

“Поцелуй жизни” яйцеклетки и сперматозоида

За последние 20 лет было определено, что для взаимодействия между спермой и яйцеклеткой млекопитающих необходимо множество белков. Однако только два — Izumo1 с поверхности сперматозоида и Juno с мембраны яйцеклетки — напрямую связываются, способствуя оплодотворению.

Используя ИИ, лаборатория Андреа Паули и международные сотрудники идентифицировали новый белковый комплекс, способствующий первой молекулярной связи между сперматозоидом и яйцеклеткой. Результаты, опубликованные в Cell, показывают, что фундаментальный механизм блокировки, критически важный для оплодотворения, является общим для всех позвоночных.

ИИ раскрывает основы оплодотворения

Слияние сперматозоида и яйцеклетки — это высокоселективное, одноразовое событие, запускающее развитие нового организма. Этот процесс основан на уникальном молекулярном механизме, включающем специализированные белки. Генетические скрининги помогли ученым идентифицировать несколько ключевых белков, но они стремились понять, как эти элементы взаимодействуют на молекулярном уровне.

Исследователи использовали ИИ для выхода за рамки списка генов, важных для оплодотворения. Они использовали AlphaFold Multimer — передовое программное обеспечение, расширяющее технологию AlphaFold, которое предсказывает структуру белков на основе их последовательностей. Это позволило предсказать, как белки взаимодействуют друг с другом и образуют комплексы.

Идентифицирован новый белковый комплекс

Команда сосредоточила анализ на белках на поверхности сперматозоидов и использовала ИИ для выявления дополнительных участников процесса оплодотворения. Они собрали список белков, которые должны присутствовать в мембране сперматозоида, и провели биоинформационный анализ с использованием AlphaFold. ИИ предсказал, какие белки могут взаимодействовать друг с другом, и предложил перспективных кандидатов для тестирования.

Первоначальный скрининг выявил, что два ранее известных белка, связанных с фертильностью на поверхности сперматозоидов — Izumo1 и Spaca6 — взаимодействуют не только друг с другом, но и с третьим, ранее неизвестным фактором: Tmem81. Этот белок никогда ранее не описывался, но его наличие подтвердилось экспериментами на живых организмах — от рыбки данио до мышей и клеток человека.

Экспериментальные подтверждения

Ученые подтвердили предсказания ИИ с помощью экспериментов на живых организмах. Они показали, что тример образуется в клетках и существует у разных видов позвоночных. Когда этот тример не образуется, животное становится стерильным.

Результаты демонстрируют, что новый белковый комплекс играет ключевую роль в молекулярных механизмах оплодотворения. Это открытие не только углубляет наше понимание ранних стадий развития, но и может привести к новым методам лечения бесплодия у людей.

Больше интересных статей в Telegram и VK