蛋白质之间的平衡使精子快速游动

精子必须迅速游到卵子上才能受精，因此它们进化出了流体动力学形状。精子细胞头部的大部分空间被它们携带的DNA占据，因此细胞将其DNA卷得非常紧，以保持小而精简。在大多数细胞类型中，DNA缠绕在称为组蛋白的蛋白质周围。这些不能将DNA包裹得足够紧密，所以当精子细胞发育时，它会用另一种叫做鱼精蛋白的蛋白质代替组蛋白，这种蛋白质非常紧密地缠绕DNA。

许多物种，包括人类、小鼠和苍蝇，都有多种类型的鱼精蛋白。如果不同类型之间的平衡是错误的，那么精子的DNA可能无法正确包装，它可能会畸形并死亡，使动物不育。怀特黑德研究所成员Yukiko Yamashita和前研究生Jun Park发现了为什么这种不平衡会导致果蝇(黑腹果蝇)不育。这项发现于10月<>日发表在《美国国家科学院院刊》上，显示了平衡不同类型鱼精蛋白以确保男性生育能力的机制。

Mst77F是一种主要的果蝇鱼精蛋白。山下和朴确定，与Mst77F有关的果蝇鱼精蛋白Mst77Y可以干扰Mst77F的功能，果蝇通常会产生大量的Mst77F和少量的Mst77Y。研究人员发现，当Mst77Y基因表达过高时，特别是Mst77F表达低时，会破坏DNA包装过程，导致不孕不育。

Mst77Y 如何干扰 Mst77F?研究人员发现，这是因为Mst77Y基因制造了有缺陷的鱼精蛋白。在飞行的Y染色体上有多个Mst77Y拷贝。它们可能是从Mst77F的副本进化而来的，Mst77F不在性染色体上。然而，不同版本的Mst77Y已经丢失或改变了它们发挥作用所需的部分，因此与Mst77F鱼精蛋白不同，Mst77Y鱼精蛋白可能无法将DNA紧紧地缠绕在自身周围。尽管 Mst77Y 鱼精蛋白不能正常工作，但它们是占主导地位的：当它们存在时，精子细胞会将它们用于功能性 Mst<>F 鱼精蛋白。

“Mst77Y是一个半破碎的工具，”Yamashita说，他也是麻省理工学院的生物学教授和霍华德休斯医学研究所的研究员。“它能够取代工作工具Mst77F，但不能完成它的工作，所以当存在过多的Mst77Y时，精子细胞没有足够的工作工具来压缩它的DNA。

研究人员还弄清楚了精子细胞如何在一种叫做Modulo的蛋白质的帮助下保持Mst77F的高表达和Mst77Y的低表达。为了使从基因读取的RNA变成蛋白质，它需要添加一条由一串腺嘌呤组成的尾巴 - 构成RNA的四个构建块之一。Modulo确保细胞优先将该尾巴添加到编码Mst77F的RNA中。虽然Yamashita和Park没有确定Modulo确保这种优惠待遇的确切机制，但他们确实观察到Modulo和Mst77F RNA在细胞的同一部分，即核仁中聚集在一起，而Mst77Y则没有。

总之，这些发现解释了果蝇精子细胞为什么以及如何仔细平衡这两种鱼精蛋白的水平。然而，这项研究提出了一个问题，使用非功能性Mst77Y鱼精蛋白的精子细胞有什么用?Yamashita和Park只能推测，但答案可能与他们观察到的Mst77Y杀死的X染色体精子比Y染色体携带精子有关。

过去的研究表明，鱼精蛋白可能参与一种称为减数分裂驱动的过程，动物可以利用这一过程来扭曲后代的性别比例。这项新工作不仅与该假设一致，而且提供了一种可能的机制来解释鱼精蛋白如何做出贡献。研究人员指出，他们在这项实验中没有看到对后代性别比例的强烈影响，但希望这项工作可以为理解非功能性鱼精蛋白在减数分裂驱动中的作用奠定基础。

“在细胞水平上，我们能够证明这种鱼精蛋白参与偏倚携带X或Y染色体的精子存活是有一定基础的，”Park说。“下一个有趣的问题是，看看是否存在某些条件，这种机制在后代的性别比例水平上更清楚地充当驱动因素。

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