شبیه‌سازی‌های علمی مشخص کرده که وقتی اسپرم به تخمک می‌رسد، دقیقا چه رخ می‌دهد؟
لحظه‌ای که یک اسپرم در حال لغزش با سر خود را به سمت داخل یک تخمک ژلاتینی است، یک سری تغییر ناگهانی رخ می‌دهد. در عرض چند ثانیه تا چند دقیقه، تغییرات شیمیایی در غشاء و پوشش بیرونی تخمک اعمال می‌شود تا مانع از اتصال و ورود اسپرم‌های دیگر به تخمک شود.
مجموعه‌ای از واکنش‌ها نیز رخ می‌دهد تا اسپرم و تخمک یکدیگر را از نظر شیمیایی تشخیص دهند و سپس شروع به ادغام غشا‌های خود با یکدیگر می‌کنند. اما با وجود اهمیت این رویداد‌های مولکولی ظریف، جزئیات آن‌ها به طور کامل حل نشده بود.
یک مطالعه جدید از محققان ETH زوریخ و دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ در سوئیس اکنون پیچیدگی‌های یک مجتمع پروتئینی خاص را نشان می‌دهد که به دلیل نقش حیاتی آن در فرآیند لقاح اهمیت دارند.
پائولینا پاکاک، استاد بیوانفورماتیک در ETH زوریخ و یکی از محققان توضیح می‌دهد: «فرض بر این بود که ترکیب دو پروتئین [JUNO و IZUMO1] به صورت یک مجموعه، فرآیند شناسایی و چسبندگی بین سلول‌های زایا را آغاز می‌کند و در نتیجه ترکیب آن‌ها را ممکن می‌سازند.»
-------
علت و عوارض مشکل پزشکی از چیست؟
این برهمکنش JUNO – که در غشای خارجی سلول تخمک زن قرار دارد – و IZUMO1 که در سطح سلول اسپرم مرد یافت می‌شود، اولین پیوند فیزیکی بین دو سلول جنسی است که تازه با هم ترکیب شده‌اند.
با این حال، تحقیقات کمی برای ایجاد بازدارنده‌های مولکولی کوچک مجموعه JUNO-IZUMO1، به عنوان یک روش بالقوه پیشگیری از بارداری، انجام شده بود، بنابراین محققان در پی شناسایی بیشتر و بهتر واکنش‌های مولکولی برآمدند.
تکنیک‌هایی که معمولاً برای تعیین ساختار تک تک پروتئین‌ها و کمپلکس‌های پروتئینی مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند میکروسکوپ کریو الکترونی و کریستالوگرافی پروتئین، باعث انجماد فوری پرونئینها یا کریستالی کردن آن‌ها می‌شود، به این معنی که محققان فقط یک تصویر ایستا از ساختار‌های پروتئینی به دست می‌آورند و تعامل پویایی پروتئین‌ها را نمی‌توانند بررسی کنند.
اما در داخل سلول‌ها، پروتئین‌ها دائماً ساخته می‌شوند و شکل می‌گیرند. این پروتئین‌ها در سیتوپلاسم شناور می‌شوند، به دیگر پروتئین‌ها متصل می‌شوند و از آن‌ها جدا می‌شوند و بازیافت می‌شوند.
بنابراین پاکاکو همکارانش از یک ابررایانه سوئیسی برای شبیه‌سازی فعل و انفعالات بین JUNO و IZUMO1 در محیط آبی استفاده کردند.
هر شبیه‌سازی تنها 200 نانوثانیه طول کشید، اما آن‌ها نشان دادند که کمپلکس JUNO-IZUMO1 در ابتدا توسط مجموعه‌ای از برهمکنش‌های کوتاه مدت و ضعیف غیرکووالانسی بین مولکول‌های پروتئین تثبیت می‌شود.
این تماس‌ها هر کدام کمتر از 50 نانوثانیه به طول انجامید و درک این واکنش‌های می‌تواند بینش‌هایی در مورد دارو‌های پیشگیری از بارداری و ناباروری ارائه دهد.
در مرحله بعد، پاکاک و همکارانش شبیه‌سازی کردند که چگونه پیوند‌هایی که مجموعه JUNO-IZUMO1 را در کنار هم نگه می‌دارند، می‌توانند توسط یون‌های روی بی‌ثبات شوند.
چند دقیقه پس از اتحاد اسپرم و تخمک، تخمک بارور شده سیل اتم‌های باردار روی را آزاد می‌کند که با سفت شدن پوشش بیرونی آن از ورود اسپرم‌های دیگر به تخمک جلوگیری می‌کند.
شبیه‌سازی‌ها نشان داد که وجود یون‌های روی، IZUMO1 را به شکل بومرنگ خم می‌کند، بنابراین دیگر نمی‌تواند محکم به JUNO متصل شود. پس که شدن روی تخمک می‌تواند مانع اتصال اسپرم‌های دیگر شود.
این تحقیق در Scientific Reports منتشر شده.
