清華新聞網(wǎng)8月6日電 頂體（Acrosome）是位于成熟精子頭部的一個(gè)特殊的囊狀細(xì)胞器，內(nèi)部含有多種水解酶。在受精過(guò)程中，頂體通過(guò)頂體反應(yīng)（Acrosome reaction）釋放水解酶，幫助精子穿越卵子的外層屏障，從而促進(jìn)精卵結(jié)合。頂體發(fā)生是精子變形（Spermiogenesis）過(guò)程中一個(gè)復(fù)雜且高度受調(diào)控的過(guò)程。前頂體囊泡（Proacrosomal Vesicles, PAVs）融合過(guò)程是頂體發(fā)生過(guò)程中的關(guān)鍵事件，然而目前對(duì)于PAVs融合形成成熟頂體的分子調(diào)控機(jī)制尚不清楚。
2025年7月30日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院王鳳超實(shí)驗(yàn)室與鄭三多實(shí)驗(yàn)室合作在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線(xiàn)發(fā)表題為ELAPOR1在精子頂體發(fā)生過(guò)程中作為銅離子依賴(lài)性的拴系因子促進(jìn)前頂體囊泡的融合（ELAPOR1 is a copper-dependent tethering factor driving proacrosomal vesicle fusion during acrosome biogenesis）的研究論文，該研究通過(guò)生化、冷凍電鏡和敲除小鼠模型等方法首次揭示了ELAPOR1作為銅離子依賴(lài)的膜拴系因子，通過(guò)頭對(duì)頭的相互作用驅(qū)動(dòng)PAVs融合形成頂體的分子機(jī)制。
為探究頂體發(fā)生過(guò)程中PAV融合的關(guān)鍵調(diào)控因子，研究團(tuán)隊(duì)從成年小鼠圓形精子中分離PAVs，通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析鑒定到一個(gè)新的睪丸中高表達(dá)的膜蛋白ELAPOR1。功能研究顯示，Elapor1敲除雄性小鼠完全不育，精子呈現(xiàn)頭部異常、頂體缺失、運(yùn)動(dòng)能力下降、線(xiàn)粒體鞘結(jié)構(gòu)紊亂等表型，這與人類(lèi)不育癥中的圓頭精子癥（Globozoospermia）的病理特征相似，說(shuō)明ELAPOR1在頂體發(fā)生中具有重要功能。
圖1：Elapor1對(duì)雄性小鼠的精子發(fā)生至關(guān)重要
電鏡結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)ELAPOR1先形成順式同源二聚體，然后以“頭對(duì)頭”同源相互作用組裝形成反式四聚體結(jié)構(gòu)，四聚體的形成是通過(guò)銅離子介導(dǎo)的，暗示ELAPOR1可能作為膜拴系因子介導(dǎo)囊泡間互作靠近，促進(jìn)其后的融合。要發(fā)揮栓系因子的作用其N(xiāo)端必須位于囊泡膜外，而理論預(yù)測(cè)正好相反，研究發(fā)現(xiàn)ELAPOR1在囊泡上兩種方向都存在，即具有雙向拓?fù)湫裕w外囊泡捕獲實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明ELAPOR1可以通過(guò)頭對(duì)頭的同源相互作用實(shí)現(xiàn)囊泡之間的拴系。在體內(nèi)，銅結(jié)合位點(diǎn)突變（TG-4HA）小鼠表現(xiàn)出與Elapor1敲除小鼠一樣的頂體形成缺陷等表型，明確證明ELAPOR1可通過(guò)銅依賴(lài)的四聚體結(jié)構(gòu)調(diào)控PAV融合，是頂體發(fā)生過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控分子。
圖2：ELAPOR1的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
進(jìn)一步的IP-MS實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ELAPOR1可與SNARE融合蛋白STX12相互作用，且兩者在圓形和變形精子的PAVs和頂體中存在共定位。精子特異性敲除Stx12的小鼠表現(xiàn)出相似的頂體融合障礙和精子缺陷，提示ELAPOR1可能協(xié)同STX12參與PAVs融合過(guò)程。
綜上所述，本研究闡明了ELAPOR1在頂體發(fā)生中的雙重角色：一方面通過(guò)銅離子依賴(lài)的頭對(duì)頭的同源相互作用介導(dǎo)PAVs的拴系，另一方面通過(guò)與SNARE蛋白STX12的協(xié)作，進(jìn)一步調(diào)控膜融合進(jìn)程，該機(jī)制的揭示不僅深化了我們對(duì)精子頂體發(fā)生的分子理解，也為人類(lèi)男性不育癥尤其是圓頭精子癥的研究與潛在治療提供了重要線(xiàn)索。
圖3：ELAPOR1在精子頂體發(fā)生過(guò)程中調(diào)控PAV融合的工作模型示意圖
本研究由清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院王鳳超實(shí)驗(yàn)室與鄭三多實(shí)驗(yàn)室合作完成，王鳳超與鄭三多研究員為通訊作者。邵田玉博士和馬佳豪博士并列第一作者，其他作者包括譚鑫水博士、張可欣、徐丹以及北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所的單竑晟博士。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1073/pnas.2501302122
供稿：生物醫(yī)學(xué)交叉研究院
編輯：邱收
審核：王曉霞
