연구자들은 정자 형성에 대한 분자 수준의 세부 사항을 탐구합니다.

정자는 새로운 생명을 창조하는 데 중요한 역할을 하며 필요한 유전 물질의 절반을 제공합니다.

이 과정의 성공은 종종 모양에 의해 결정되는 발달적으로 유능한 정자 세포의 생성에 달려 있습니다. 실제로, 시험관 수정 동안 “가장 보기 좋은” 정자가 난자를 수정하기 위해 선택됩니다.

그러나이 최적의 모양이 적절한 정자 기능으로 변환되는 방법은 많은 교란 요인으로 인해 평가하기 어렵습니다.

미시간 대학의 연구원들은 현재 정자 형성의 분자 수준 세부 사항을 탐구하고 있으며, 특히 이 과정의 이상이 남성 요인 불임으로 이어질 수 있는 방법에 중점을 두고 있습니다.

신체의 다른 세포와 달리 정자는 고유한 특성을 가지고 있습니다. 정자의 유전 물질은 프로타민이라는 단백질로 가득 차 있습니다.

프로타민은 식물, 어류, 포유류와 같은 다양한 살아있는 유기체에서 수억 년의 진화에 걸쳐 발견되었습니다.

이 정자 세포의 프로타민 기반 패키징 시스템의 중요성은 흥미로운 질문을 제기합니다. 정자는 다른 모든 세포 유형에서 사용되는 히스톤 대신 프로타민을 사용하여 DNA를 패키징하는 이유는 무엇입니까?

생식에서 프로타민의 중요성을 밝히기 위해 Saher Sue Hammoud, Ph.D., Sy Redding, Ph.D., Lindsay Moritz, Ph.D., Samantha Schon, M.D. 및 그들의 팀은 프로타민에 대한 심층 연구를 수행했습니다. 프로타민의 분자 서열 구성을 통해 단백질의 변화가 기능하는 방식을 이해합니다.

인간 유전학, 산부인과 및 비뇨기과 부교수인 Hammoud는 “우리는 프로타민이 많은 동물 종에 존재하고 빠르게 진화하고 있기 때문에 프로타민을 조사하기 시작했습니다. 따라서 많은 서열 변이가 있습니다.”라고 말했습니다.

대부분의 포유류는 여러 유형의 프로타민을 가지고 있으며 이들은 잘 정의된 비율로 유지되어야 하며 이 비율의 편차는 불임과 관련이 있습니다.

기존의 통념에 따르면 프로타민은 음전하를 띤 DNA에 강하게 결합하는 양전하를 띤 아미노산인 아르기닌이 풍부하기 때문에 DNA를 크로마틴이라는 조밀한 구조로 단단히 포장하는 데 특히 효율적입니다.

그러나 최근 연구에 따르면 프로타민에는 특정 종에 특이적이고 예상치 못한 번역 후 변형이 있는 비아르기닌 아미노산이 있어 단백질이 만들어진 후 화학적으로 변화하는 것으로 나타났습니다.

Nature Structural & Molecular Biology 저널에 발표된 이 연구는 이전에 인식되지 않았던 프로타민의 특징을 탐구합니다.

“DNA와 상호 작용하고 포장하는 분자는 양전하를 띤 특징을 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 작업에서 정말 아름다운 점은 우리가 실제로 고려하지 않았던 이러한 단백질에 내장된 다른 논리, 매우 중요한 작업을 수행하는 다른 아미노산도 드러낸다는 것입니다.” University of Massachusetts Chan Medical School의 생화학 및 분자 생명공학 조교수인 Redding은 말했습니다.

더욱이 흥미로운 점은 정자가 전사적으로 활성화되지 않는다는 사실에도 불구하고 프로타민에 번역 후 변형이 있다는 것입니다.

Hammoud Lab의 박사후 연구원이자 이 논문의 공동 제1저자인 Moritz는 “프로타민이 이러한 모든 다른 변형을 가지고 있다는 사실은 이러한 변형이 염색질 패키징에서 어떤 기능을 가지고 있음이 틀림없다는 것을 시사합니다.”라고 말했습니다.

마우스를 사용하여 그들은 마우스 프로타민에 특이적이고 성숙한 마우스 정자에 존재하는 변형된 라이신 잔류물을 분석했습니다. 라이신을 알라닌 아미노산(변형할 수 없음)으로 대체하면 정자가 비정상적으로 형성되고 배아 발달이 손상되며 생식력이 감소합니다.

더 놀라운 것은 라이신을 양전하를 띤 아르기닌으로 대체해도 결함이 있는 정자 포장이 수정되지 않는다는 것입니다. 즉, 상호 작용이 분자의 전하를 넘어선다는 의미입니다.

남성 요인 불임은 종종 이러한 변형 연구의 중요성을 강조하는 명확한 원인이 부족합니다.

UM 산부인과 조교수이자 이 논문의 공동 제1저자인 Schon은 “이러한 수정은 불임의 원인을 규명하고 중요한 역할을 할 수 있다는 사실과 연구의 또 다른 방법으로서 흥미롭다고 생각합니다. 초기 배아는 IVF를 위한 잠재적인 진단 도구 및 사후 수정으로서 큰 의미가 있습니다.”

연구팀은 정자 세포 패키징의 메커니즘을 체외에서 완전히 재현할 수 있기를 바라며 다음 번에 정자 세포 패키징의 메커니즘을 더 자세히 조사하기를 희망합니다.

추가 저자: Mashiat Rabbani, Yi Sheng, Ritvija Agrawal, Juniper Glass-Klaiber, Caleb Sultan, Jeannie M Camarillo, Jourdan Clements, Michael R Baldwin, Adam G Diehl, Alan P Boyle, Patrick J O’Brien, Kaushik Ragunathan, Yueh- 치앙 후, 닐 엘 켈러허, 자야크리슈난 난다쿠마, 준 지 리, 카일 E 오윅

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230731170153.htm