精子上的这种膜转运蛋白保证了精子的活动能力

海德堡大学生物化学中心的研究人员近日在低温电子显微镜的帮助下，首次成功解码了SLC9C1转运蛋白的结构及其机制。

　　

溶质载体（SLC）是一组膜转运蛋白，它们的主要功能是介导各种溶质的膜运输，并维持细胞内环境稳定。精子特异性的溶质载体SLC9C1近年来受到广泛关注，其表达与精子数量和活力直接相关。

海德堡大学生物化学中心的研究人员近日在低温电子显微镜的帮助下，首次成功地解码了这种转运蛋白的结构及其机制。这篇题为“Structures of a sperm-specific solute carrier gated by voltage and cAMP”的论文发表在《Nature》杂志上。

据研究人员介绍，这些发现将帮助人们更好地理解生殖能力的分子基础，从长远来看，有助于开发治疗生育障碍的新方法以及特殊避孕的新方法。

精细胞在结构和功能上与其他类型的细胞有着本质区别。毕竟，它们唯一的任务就是找到卵子并与之融合。精子只有经过“获能”阶段才能充分发挥其活性，获能（capacitation）意味着精液中细胞的成熟。

这个生化过程的最后一个步骤是提高精子的活动能力。如果细胞不能自主地移动，或者只是在有限的范围内移动，其结果通常是生育力下降或完全缺乏生殖能力。精细胞不能到达卵细胞处并使之受精。

在这个最终的成熟过程中，在精子膜上发现的特殊蛋白质SLC9C1发挥了特殊的作用。它们被称为膜转运蛋白，负责将营养物质等运入或运出细胞。

通讯作者、海德堡大学的Cristina Paulino教授表示：“将某些离子运输到细胞内会提高精子的活动能力。因此，负责转运的蛋白质与精子的生育能力直接相关，也与男性的繁殖能力有关。”她领导的研究团队正在研究海胆的膜转运蛋白，这是一个研究精子的模型系统。

精子特异性的SLC9C1又被称为钠氢交换蛋白，它将经典的溶质载体单元与离子通道中常见的调控结构域结合起来，这使其成为一个机械嵌合体和一个继发性主动转运蛋白，严格由膜电压激活。在低温电镜的帮助下，研究人员测定了SLC9C1在无配体和配体结合构象下的结构。此外，他们还发现了它的功能单元是什么样子的，以及它们是如何相互联系和相互作用的。

挪威卑尔根大学的Valeria Kalienkova博士解释说：“我们观察到，SLC9C1蛋白就像乐高玩具一样，由不同的结构单元组成。这些结构单元也出现在其他蛋白质中，但从来没有观察到这样的组合。在这些信息的帮助下，我们第一次能够解码这种转运蛋白的机制。”他是Paulino教授研究团队的前成员。

研究人员认为，这些新发现将有助于下一步开发影响这一机制的潜在物质。它们有可能激活或关闭蛋白质的功能。从长远来看，它们有望帮助人们找到治疗不育症的新方法，反之亦然，也有可能找到防止精子与卵子结合的新方法。

由于研究小组从荷兰搬到了德国，因此研究在荷兰格罗宁根大学和德国海德堡大学生物化学中心同时进行。这项研究得到了荷兰研究委员会和瑞士国家科学基金会的资助。