受精，即精子和卵子的結合，是孕育新生命的基本生物學過程。受精過程中的幾個關鍵步驟，包括精子過度活化、頂體反應和精卵融合，這些過程都受鈣離子（Ca2+）訊號的調控。
精子特异性陽離子通道CatSper，主要定位於成熟精子鞭毛的主要部分，負責受精過程中多種Ca2+依賴性生理反應。CatSper介導的Ca2+訊號啟動了控制精子活力的酪氨酸磷酸化級聯反應。CatSper在精子趨化性（精子在雌性生殖道內，順著趨化物質濃度梯度定向運動並找到卵子的特性）中也起著核心作用。
由於CatSper的重要作用，自發現以來，它就成為治療男性不育以及開發新型非激素類避孕藥的重要靶點，囙此，解析CatSper的高解析度三維結構具有十分重要的科學意義和應用價值。
2021年7月5日，西湖大學生科院吳建平團隊在國際頂尖學術期刊Nature發表了題為：Structure of a mammalian sperm cation channel complex的研究論文。
該研究在全世界首次解析了哺乳動物精子陽離子通道複合物CatSper的高解析度三維結構，鑒定出了該複合物的多個全新組分，並將其定義為：CatSpermasome（CatSper通道體）。
對於這項成果，著名結構生物學家、西湖大學校長施一公評估說：“這是一個充分彰顯結構生物學魅力的突破性進展。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。”
精子的陽離子通道CatSper對精子的活力和生育能力至關重要，之前已經鑒定的CatSper亞基有10個，包含成孔的CatSper1-4，以及CatSperβ、γ、δ、ε、ζ和EFCAB9。是現時已知的最複雜的離子通道，結構解析難度極大，也囙此一直未能取得大的進展。
經過一系列失敗後，吳建平團隊意識到CatSper可能還存在更多潜在有效成分，它們的缺失導致無法獲得完整的CatSper蛋白。
為了解决這一難題，吳建平團隊另闢蹊徑，直接從精子本身入手，從小鼠精子中選取現成的CatSper蛋白，並純化出了鼠源CatSper複合體蛋白。依託西湖大學冷凍電鏡平臺，吳建平團隊利用單顆粒三維重構科技成功解析了CatSper的2.9Å的高解析度三維結構。
CatSper整體冷凍電鏡結構
結構表明，CatSper蛋白不是之前認為的有10個亞基組分，而是擁有至少14個組成部分的超級複合物，吳建平團隊將其命名為：CatSpermasome（CatSper通道體）。
該研究還發現了CatSper通道體的中有一個有機陰離子轉運蛋白SLCO6C1。這表明CatSper通道體既包含通道蛋白又包含轉運蛋白，重繪了對CatSper的認知，也重繪了離子通道和轉運蛋白互不相干的傳統認知。
總的來說，該研究首次揭示了CatSper通道體獨特的組裝管道，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，並為後續基於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。
左起：柯檬、林世翼、閆湞、吳建平、張寓琪，照片來自西湖大學
西湖大學博士生林世翼、博士後柯檬為該論文的共同第一作者，博士生張寓琪為論文第二作者，西湖大學特聘研究員閆湞對本文具有重要貢獻，西湖大學生命科學學院特聘研究員吳建平為該論文的通訊作者。
吳建平課題組介紹及招聘
吳建平，1990年生，2012年畢業於清華大學，獲得學士學位；博士期間師從顏寧教授，2017年畢業於清華大學生命科學學院，獲得理學博士學位。2017年至2019年在普林斯頓大學從事博士後研究。博士和博士後期間主要從事離子通道、跨膜轉運蛋白等膜蛋白的結構生物學研究，以第一作者或者共同第一作者身份在Cell、Nature、Science等期刊發表多篇研究文章。2017年獲吳瑞獎。2019年9月全職加入西湖大學生命科學學院。
吳建平課題組誠聘具有生物化學、結構生物學、電生理、生殖生物學方向博士後和科研助理（長期有效），同時歡迎對課題組科研感興趣的優秀大學生前來做畢業設計。課題組將提供有競爭力的工作待遇，並根據成員的背景和職業規劃量身定制培養計畫，旨在培養優秀的人才，做優秀的科研工作。我們期待您的加盟！郵箱：wujianping@westlake.edu.cn
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03742-6
原文刊載於【生物世界】公眾號
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