Met behulp van AlphaFold, een techniek van Google, hebben onderzoekers de bundel van drie eiwitten in zaadcellen ontdekt die essentieel lijkt te zijn voor seksuele voortplanting.
Alvast 5 van de belangrijkste punten
- Onderzoekers ontdekten dat drie zaadcel-eiwitten samenwerken om met de eicel te verbinden.
- Deze eiwitbundel komt voor bij verschillende diersoorten, waaronder vissen en zoogdieren.
- Met AlphaFold konden deze eiwitten nauwkeurig worden geanalyseerd en gekoppeld.
- Het ontbreken van het derde eiwit leidde tot onvruchtbaarheid bij zebravissen en muizen.
- Wetenschappers beschrijven de eiwitbundel als een sleutel die de zaadcel toegang geeft tot de eicel.
Het zijn de oorspronkelijke vreemde tegenpolen: de eicel, groot, rond en onbeweeglijk, en de zaadcel, klein, met een zwiepende staart en altijd in beweging. Toch is de samensmelting van een eicel en zaadcel onmisbaar voor elk dier op aarde dat zich seksueel voortplant.
Hoe precies die samensmelting plaatsvindt, was lange tijd een raadsel. Een recent onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Cell en uitgevoerd met Nobelprijs-winnende kunstmatige intelligentie, laat zien dat een nauw verbonden bundel van drie eiwitten de sleutel is die de zaadcel en eicel laat samenkomen. Deze belangrijke bundel komt voor bij diersoorten die evolutionair ver uit elkaar liggen, zoals vissen en zoogdieren, en vermoedelijk ook bij de mens.
Ontdekking van een Oude Sleutel tot Voortplanting
Voor bijna alle dieren begint leven op aarde wanneer een zaadcel zijn weg vindt naar het membraan van een eicel. Op een of andere manier herkennen de twee cellen elkaar en binden ze samen. Daarna, in een oogwenk, glijdt het hoofd van de zaadcel de eicel binnen, alsof het door een deur stapt. Vanaf dat moment is de samengesmolten cel een zygote en klaar om uit te groeien tot een nieuw levend wezen.
Eerder onderzoek had vier eiwitten op zaadcellen van zoogdieren ontdekt. Deze eiwitten komen ook voor op zaadcellen van vissen en blijken nodig voor bevruchting. Tot voor kort wist niemand of deze eiwitten samenwerkten om de eicel binnen te dringen, of hoe dit proces precies in zijn werk ging.
Verklarende woordenlijst
- Zygote: De cel die ontstaat nadat de zaadcel en eicel zijn samengesmolten.
- Eiwitbundel: Een groep van samenwerkende eiwitten met een specifieke functie.
- AlphaFold: Kunstmatige intelligentie-technologie die eiwitstructuren voorspelt.
- Celmembraan: De buitenste laag van een cel die de inhoud beschermt.
- Infertiliteit: Het onvermogen om zich voort te planten.
In het nieuwe onderzoek vroegen Andrea Pauli, moleculair ontwikkelingsbioloog aan het Research Institute of Molecular Pathology in Wenen, en haar team zich af hoe zaadcel-eiwitten zouden kunnen samenwerken tijdens de bevruchting.
De onderzoekers gebruikten AlphaFold, een technologie die recent de Nobelprijs voor Scheikunde won. Met AlphaFold kan de vorm van een eiwit nauwkeurig worden voorspeld. Zo kon het team de vier zaadcel-eiwitten bij zoogdieren en vissen vergelijken met ongeveer 1.400 andere eiwitten die aanwezig zijn op de celoppervlakken in testikels van zebravissen, op zoek naar mogelijke partners.
Bevestiging van de Drie-eiwitbundel
“We wilden iets vinden dat op het juiste moment en op de juiste plek aanwezig zou zijn,” verklaarde Victoria Deneke, een postdoctoraal onderzoeker in het team van Dr. Pauli.
Zelfs voor AlphaFold was deze opdracht een uitdaging. “Het systeem draaide twee tot drie weken,” zei Dr. Deneke, en gebruikte de volledige rekenkracht van de campus. “Collega’s op het instituut waren daar niet zo blij mee,” voegde Dr. Pauli toe.
Uiteindelijk voorspelde AlphaFold dat twee van de oorspronkelijke zaadcel-eiwitten zich aan elkaar zouden binden, samen met een derde eiwit dat eerder onbekend was, wat een team van drie eiwitten creëerde.
Laboratoriumexperimenten bevestigden deze voorspelling: mannelijke zebravissen zonder het nieuw ontdekte derde eiwit waren onvruchtbaar, net als mannelijke muizen. Hun zaadcellen konden normaal zwemmen, maar niet met een eicel fuseren. De wetenschappers vonden ook biochemisch bewijs dat de drie zaadcel-eiwitten als een eenheid functioneerden, zowel bij zebravissen als bij mensen.
Een Evolutionaire Puzzel
Het is waarschijnlijk dat deze belangrijke bundel voorkomt bij veel — of zelfs alle — dieren met een ruggengraat, aldus Dr. Pauli.
Ze beschreef de zaadcel-eiwitbundel als een sleutel die past op een slot in een eicel. Bij vissen is dat slot een eiwit dat Bouncer heet – een toepasselijke naam, want zonder dit eiwit kan het hoofd van de zaadcel de eicel niet binnenkomen.
Vergelijkbare Bundels bij Verschillende Dieren
In eerder onderzoek ontdekten wetenschappers ook een slotmolecuul in zoogdier-eicellen dat bindt aan een van de eiwitten in de drie-eiwitbundel. Vreemd genoeg heet dit slot bij zoogdieren geen Bouncer, maar een ander eiwit genaamd Juno.
Dit betekent dat dieren ergens in hun evolutie verschillende eiwitten in eicellen hebben ontwikkeld om zich aan de zaadcelbundel te binden. Dat roept een nieuwe vraag op, aldus Dr. Pauli: het slot is veranderd, maar op de een of andere manier is “de sleutel in de zaadcel hetzelfde gebleven.”
“We zouden heel graag het antwoord willen weten,” voegde ze toe.
Amber Krauchunas, een voortplantingsbioloog aan de Universiteit van Delaware die niet bij het onderzoek betrokken was, noemde de studie “echt opwindend.”
Eerder dit jaar gebruikte een andere onderzoeksgroep onafhankelijk AlphaFold en voorspelde ook het bestaan van dezelfde drie-eiwitbundel bij zoogdieren. “Het feit dat twee onafhankelijke teams tot dezelfde conclusies kwamen, vergroot ons vertrouwen in de resultaten,” zei Dr. Krauchunas.
De Toekomst van Onderzoek naar Bevruchting
Toch is er volgens haar “nog veel werk nodig om de mysteries rond bevruchting te ontrafelen.” Bijvoorbeeld: sommige zaadcel-eiwitten komen voor bij zowel zoogdieren als vissen, maar maken geen deel uit van deze bundel. Wat is hun functie dan? “Dit is zo’n fundamentele vraag met zo weinig moleculaire antwoorden,” aldus Dr. Pauli. “Het blijft fascinerend.”
Ook lezen:
Veelgestelde Vragen
Wat is de rol van de drie-eiwitbundel in zaadcellen?
De drie-eiwitbundel in zaadcellen helpt bij de binding met de eicel, een cruciale stap voor bevruchting bij diersoorten zoals vissen en zoogdieren.
Wat gebeurde er toen het derde eiwit ontbrak bij zebravissen en muizen?
Bij het ontbreken van het derde eiwit konden de zaadcellen van zebravissen en muizen niet fuseren met een eicel, wat leidde tot onvruchtbaarheid.
Hoe heeft AlphaFold bijgedragen aan deze ontdekking?
AlphaFold voorspelde de structuren en interacties van de eiwitten, waardoor onderzoekers de samenwerking binnen de drie-eiwitbundel konden bevestigen.
Like ons op Facebook om meer artikelen zoals deze in je feed te zien verschijnen die je anders zou missen.
