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CatSper通道體
鎖定
2021年7月5日，西湖大學生命科學學院、西湖實驗室吳建平團隊在《自然》在線發表題為《一個哺乳動物精子陽離子通道複合物的結構》的最新研究結果，報道了受精過程中關鍵離子通道複合體CatSper的高分辨率三維結構。這是在全球首次揭示這一超級複合物的樣貌，並且鑑定出多個以前從未發現的成分，統稱為“CatSper通道體”（CatSpermasome）。
傳統觀念認為，離子通道負責離子的運輸，轉運蛋白負責小分子的轉運，二者雖互不相干。CatSper通道體卻同時包含了通道蛋白和轉運蛋白。這不僅刷新了人們對於CatSper組成的認識，也顛覆了對於離子通道和轉運蛋白在細胞中各自為戰的傳統觀念。
- 中文名
- CatSper通道體
- 外文名
- The cation channel of sperm
- 所屬學科
- 醫學
- 發現者
- 西湖大學吳建平團隊
- 文獻來源
- 《一個哺乳動物精子陽離子通道複合物的結構》（2021年7月5日《自然》）
CatSper通道體定義
熒光顯微鏡下的小鼠精子，CatSper分佈於紅色區段
CatSper全稱The cation channel of sperm，是一種分佈於精子上的陽離子通道複合物，也是目前公認的精子細胞膜上最重要的鈣離子通道。CatSper一直以來成為了治療男性不育以及開發新型非激素類避孕藥的重要靶點，解析其高分辨率三維結構具有十分重要的科學和應用意義。
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CatSper通道體背景介紹
過去20年來，儘管國內外有眾多課題組聚焦於CatSper的結構研究，但進展極其有限。
“離子通道通常由一個核心組成成分負責運輸離子，稍複雜的通道會有一些輔助性組成成分，我以前研究過的通道最多有5個組成部分。”吳建平説，“但CatSper非常獨特，它陸續被發現的組成部分就有10個，是目前已知成分最複雜的離子通道，研究它的結構具有很大的難度。此前10個已知組成部分均無結構信息被報道。”
在經歷了前期的失敗後，吳建平團隊意識到CatSper可能還存在更多潛在有效成分，它們的缺失導致無法獲得完整的CatSper蛋白。課題組另闢蹊徑，轉而從精子細胞本身着手，通過方法的不斷摸索和優化，最終成功純化了鼠源CatSper複合體蛋白。
“相當於傳統的方法是利用細胞複製CatSper，而我們是直接從小鼠精子上去取現成的CatSper。”吳建平説。
之後，依託西湖大學冷凍電鏡平台，他們利用單顆粒三維重構技術解析了其分辨率為2.9 ?的三維結構，CatSper的真面目終於呈現在眼前——結構表明，這實際上是一個擁有至少14個組成部分的超級複合物，吳建平團隊將其命名為CatSper通道體（CatSpermasome）。
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CatSper通道體特點
高清電鏡三維重構圖顯示，CatSper通道體的組成部分交疊環繞，像一個水母，有個大大的“腦袋”露在精子細胞膜外面，攔腰部分插入在細胞膜中間，還有幾條細細的“腿”深入細胞裏面。
更重要的是，研究團隊發現CatSper通道體的全新功能成分中，有一個為主要協助轉運蛋白家族成員。
傳統觀念認為，離子通道負責離子的運輸，轉運蛋白負責小分子的轉運，二者雖同屬細胞膜蛋白，但互不相干。而CatSper通道體卻同時包含了通道蛋白和轉運蛋白。這不僅刷新了人們對於CatSper組成的認識，也顛覆了對於離子通道和轉運蛋白在細胞中各自為戰的傳統觀念。
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CatSper通道體應用
該工作首次揭示了CatSper通道體獨特的組裝方式，為理解其功能調控、離子運輸等過程提供了深入的機理解釋，併為後續基於CatSper通道體結構的不育症相關藥物和非激素類避孕藥物開發奠定了重要基礎。
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CatSper通道體評價
結構生物學家、西湖大學校長施一公評價道：“這是一個充分彰顯結構生物學魅力的突破性進展。由於這一進展，人類第一次看到了CatSper這樣一個在哺乳動物受精過程中起到關鍵作用的鈣離子通道複合物的全貌，更重要的是發現了新的蛋白組分，提出了Catspermasome的概念，必將極大促進對其功能的研究。”
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- 參考資料
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- 1. 西湖大學解密精子活化開關CatSper通道體—新聞—科學網 ．科學網．2021-07-06[引用日期2021-07-07]
