精子鞭毛(flagellum)必須以一種非常精確和協調的方式活動,才能使精子正常的游動。當它異常時,會造成精子活動力不足,進而影響男性生育能力,甚至造成不孕症。

德國馬克斯˙普朗克(Max Planck Institute)分子細胞生物和遺傳研究所的研究團隊發現,小鼠精子鞭毛中的微管醣基化(glycylation)是讓精子保持直線游動的關鍵。相關研究結果刊登於《Science》。

精子鞭毛的核心是由微管以及成千上萬個動力蛋白(dynein)組成的,這些動力蛋白可以有節奏地將這些微管彎曲成產生用於運動和操縱的波浪。然而,在沒有醣基化的情況下,活動變得不協調。

該研究團隊也觀察到缺乏醣基化(將 Ttll3 基因和 Ttll8 基因剔除)的小鼠精子發生功能缺陷,其生育能力也會下降。再來,為了弄清為什麼缺乏醣基化會導致精子運動和男性不育症,他們使用低溫電子顯微鏡觀察了鞭毛及其分子運動的分子結構。結果顯示,缺乏醣基化的精子鞭毛的結構是正常的,但卻會干擾軸突動力蛋白與鞭毛之間的活動協調性,使鞭毛無序跳動,進而導致精子不斷繞圈運動。

該研究團隊也指出,人類精子比小鼠精子更容易受到精子運動能力不足的影響,因此這項研究結果暗示微管蛋白醣基化的擾動可能是人類男性不育症的主因之一。

最後,該研究作者 Gaia Pigino 博士和 Luis Alvarez 博士也提到,由這項研究可以證實,微管透過微管蛋白修飾在調節基本生物學過程中發揮著積極作用,同時也指出了男性不育症的新致病機制。除了鞭毛之外,人類體內還有許多不同類型的纖毛,因此他們也推測類似的微管蛋白修飾在各種纖毛相關功能中,都扮演重要的角色,可能對於發育障礙、癌症、腎臟疾病、呼吸道或視覺障礙等疾病進展提供了一個新的研究方向。

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參考資料:
1. Science 08 Jan 2021: Vol. 371, Issue 6525, eabd4914. DOI: 10.1126/science.abd4914
2. https://www.mpg.de/16227844/0107-mozg-keeping-sperm-cells-on-track-151300-x

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