Sperma tidak dapat membuka sel telur tanpa kunci molekuler kuno ini

Mereka adalah pasangan aneh yang asli: yang satu sangat besar, bulat, dan tidak bisa bergerak. Yang lainnya berukuran kecil, memiliki ekor, dan tidak pernah berhenti berenang. Namun, penyatuan sel telur dan sperma sangat penting bagi setiap hewan yang bereproduksi secara seksual di Bumi.

Bagaimana tepatnya penyatuan ini terjadi telah menjadi misteri bagi para ilmuwan sejak lama. A Dia belajar Hasil penelitian yang diterbitkan Kamis di jurnal Cell, mengandalkan teknik kecerdasan buatan pemenang Hadiah Nobel, yang menunjukkan bahwa paket tiga protein yang saling terkait adalah kunci yang memungkinkan sperma dan sel telur saling mengikat. Paket penting ini juga dimiliki oleh hewan-hewan yang berkerabat jauh seperti ikan dan mamalia, kemungkinan besar termasuk manusia.

Bagi hampir semua hewan di Bumi, kehidupan dimulai dari sel sperma yang menuju membran sel telur. Entah bagaimana, kedua sel saling mengenali dan terikat bersama. Kemudian, dalam sekejap mata, kepala sperma masuk ke dalam sel telur, seolah-olah berjalan melewati pintu. Sekarang sel yang menyatu itu menjadi zigot dan siap tumbuh menjadi hewan baru.

Dalam penelitian sebelumnya, para ilmuwan menemukan empat protein dalam sperma mamalia, yang juga ditemukan pada sperma ikan dan penting untuk pembuahan. Tapi tidak ada yang tahu apakah atau bagaimana mereka bisa bekerja sebagai tim untuk memasukkan telur tersebut.

Dalam studi baru tersebut, Andrea Pauli, ahli biologi molekuler dan perkembangan di Research Institute for Molecular Pathology di Wina, dan kolaborator dari beberapa institusi menanyakan bagaimana protein sperma bekerja sama selama pembuahan.

Para peneliti mengandalkan teknologi AlphaFold, yang membagikan Hadiah Nobel Kimia minggu lalu. Ia menggunakan kecerdasan buatan untuk memprediksi bentuk protein. Dengan menggunakan AlphaFold, tim dapat membandingkan empat protein sperma yang dimiliki mamalia dan ikan dengan sekitar 1.400 protein lain yang ditemukan di permukaan sel testis ikan zebra, untuk mencari pasangan potensial.

“Kami ingin menemukan sesuatu yang kami tahu akan berada di tempat dan waktu yang tepat,” kata Victoria Deneke, peneliti pascadoktoral di laboratorium Dr. Pauli.

Bahkan untuk AlphaFold, ini adalah sebuah tantangan. “Itu bekerja selama dua atau tiga minggu,” kata Dr. Deneke, memonopoli sumber daya komputasi kampus.

“Orang lain di institut itu tidak begitu senang,” tambah Dr. Pauli.

Terakhir, AlphaFold memperkirakan bahwa dua protein sperma asli yang umum akan berikatan satu sama lain, bersama dengan protein ketiga, yang sebelumnya tidak diketahui, sehingga membentuk tim yang terdiri dari tiga orang.

Percobaan di laboratorium mengkonfirmasi dugaan program tersebut: ikan zebra jantan yang kekurangan protein ketiga yang baru ditemukan adalah tidak subur, begitu pula tikus jantan. Sperma mereka berenang secara normal tetapi tidak dapat menyatu dengan sel telur. Para ilmuwan juga menemukan bukti biokimia bahwa ketiga protein sperma berfungsi sebagai satu kesatuan, baik pada ikan zebra maupun manusia.

Dr Pauley mengatakan kemungkinan besar ikatan penting yang sama juga terdapat pada banyak – atau semua – hewan yang memiliki duri.

Dia menggambarkan bungkusan protein sperma sebagai semacam kunci, yang cocok dengan kunci sel telur. Pada ikan, kunci ini adalah protein yang disebut penjaga, yang berguna karena kepala sperma tidak dapat memasuki sel telur tanpanya.

Penelitian sebelumnya juga telah mengidentifikasi molekul kunci pada telur mamalia, yang berikatan dengan salah satu protein dalam bundel tiga protein. Anehnya, gembok mamalia bukanlah penjaganya. Itu adalah protein yang tidak terkait yang disebut Juno.

Artinya, dalam sejarah, hewan pasti telah mengembangkan protein telur yang berbeda untuk berikatan dengan paket protein sperma. Hal ini menghadirkan sebuah misteri: Kuncinya telah berubah, namun entah bagaimana, “kunci spermanya tetap sama,” kata Dr. Pauli.

“Kami ingin tahu jawabannya,” tambahnya.

Amber Kruchounas, ahli biologi reproduksi di Universitas Delaware yang tidak terlibat dalam penelitian baru ini, menyebut penelitian baru ini “sangat menarik.”

Awal tahun ini, kelompok penelitian berbeda secara independen menggunakan AlphaFold antisipasi Paket rangkap tiga protein yang sama juga terdapat pada mamalia. “Fakta bahwa dua kelompok independen mencapai kesimpulan yang sama tentu saja meningkatkan keyakinan kami terhadap hasil tersebut,” kata Dr. Krochounas.

Namun, katanya, “pasti masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk mengungkap rahasia pembuahan.” Misalnya, beberapa protein sperma diketahui dimiliki bersama antara mamalia dan ikan, namun bukan merupakan bagian dari paket ini; Apa yang mereka lakukan?

“Ini adalah pertanyaan mendasar dengan sedikit jawaban molekuler,” kata Dr. Pauli. “Sungguh menakjubkan.”