在动物生殖发育过程中,卵母细胞向早期胚胎的转变是一个高度调控的复杂过程。母源物质在卵子发生过程中积累,为早期胚胎发育提供必要的蛋白质和RNA。Argonaute蛋白与小分子RNA形成的复合物在生殖细胞中广泛存在,尤其是内源性小干扰RNA在卵母细胞中高度富集。虽然这些内源性siRNA已被发现多年,它们在抗病毒防御和转座子沉默之外,在生殖细胞中的具体生理功能却一直不为人知。此外,为什么某些Argonaute蛋白缺失会导致胚胎完全致死,而不仅仅是发育延迟,这一长期困扰科学界的问题也亟待解答。2026年3月17日,西湖大学生命科学学院申恩志团队背靠背连发国产顶刊Vita和国际顶刊Nature!
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在哺乳动物卵母细胞中,存在着一类神秘而丰富的纤维状结构,被称为胞质 lattices(CPL)。自20世纪60年代被首次观察到以来,这种占据卵细胞胞质近10%体积的结构,其精细的分子构成与组装原理一直是未解之谜。过往研究证实,CPL对于卵母细胞的成熟和早期胚胎发育至关重要,其相关蛋白的异常会导致胚胎发育停滞和女性不孕。然而,CPL如何由众多蛋白组装成如此巨大的纤维网络,始终是困扰发育生物学家的核心问题。
2026年3月17日,西湖大学生命科学学院申恩志团队在《Nature》期刊在线发表了题为“Molecular basis of oocyte cytoplasmic lattice assembly”的加速预览研究论文。该研究通过冷冻电镜技术,首次解析了从小鼠卵母细胞中分离的天然CPL的高分辨率结构,揭示了其高度有序的周期性组装机制,为理解母源因子存储和女性生殖疾病提供了全新的分子基础。西湖大学博士生刘淑贤,博士生刘雨松,助理研究员薛均超,博士后李珍珍,博士生张艳为第一作者,西湖大学申恩志特聘研究员和于洪涛实验室高海山研究员为本文通讯作者。
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研究团队发现,CPL并非杂乱无章的纤维,而是由重复的“U型篮”(UB)和“适配器环”(AR)两种基本单元交替连接而成的周期性超复合物,单个单元分子量高达约2.77 MDa。AR是一个由18个蛋白组成的闭环结构,其中四个SCMC核心复合物作为支架顶点,两个NLRP4f分子像“桥梁”一样,通过其N端和C端分别与FILIA、ZBED3等蛋白形成多个相互作用簇,将SCMC复合物连接成一个坚固的环状结构。生化实验证实,破坏这些关键界面会直接导致AR组装失败。
UB的侧面结构由十个PADI6二聚体构成,这些二聚体进一步组装成两个中心对称的五聚体,形成了UB的“篮壁”。分析显示,PADI6二聚体之间通过“头对头”和“尾对尾”两种特定的作用模式交织在一起,构建了UB稳固的侧向框架,这与以往报道的PADI6晶体结构中的堆积模式截然不同,揭示了其在天然状态下的独特组装逻辑。
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UB的底部“基座”和“上下边”则由另外两组蛋白复合物构成。基座部分由NLRP14、UHRF1和UBE2D3形成的异源三聚体组成,其中UHRF1像“适配器”一样同时结合UBE2D3和NLRP14。上下边部分则由TUBB2B-TUBB2A异源二聚体、FBXW24和SKP1共同组装而成,这些结构以中心对称的方式从基座向上、下两个方向伸出。
整个UB内部存在着一个精密的相互作用网络,将其各个部分牢牢整合。研究发现,基座中的UHRF1/UBE2D3会与侧面的PADI6相互作用;上下边的FBXW24也与PADI6接触;同时,上下边的TUBB2B会与基座的NLRP14发生特异性结合。这三对相互作用将UB的侧面、基座和上下边紧密连接成一个不可分割的整体模块。
最终,每个UB通过其上下边与相邻两个AR的MATER复合物发生广泛的相互作用,从而形成“UB-AR-UB”的周期性重复连接,组装成长程的CPL纤维。研究进一步将原子模型与早期报道的卵母细胞原位冷冻电子断层扫描数据完美拟合,并揭示了相邻CPL纤维之间通过外侧PADI6二聚体和NLRP蛋白相互作用,交织成卵胞质中广泛的网络结构。
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