第三篇Nature?|?卵母細胞中的“蛋白倉庫”被揭開：細胞質晶格的結構與儲存機制

撰文|雪月

在受精后的最早階段，胚胎自身的轉錄程序尚未完全啟動，因此生命起步所需的大量分子物質，主要依賴卵母細胞提前儲備。多年來，研究人員一直知道哺乳動物卵母細胞中存在一種非常豐富卻又神秘的結構，叫做細胞質晶格（cytoplasmic lattices,CPLs）。它被認為與母源蛋白儲存密切相關，但它究竟由什么組成、又是如何完成儲存功能的，始終沒有明確答案 。

近日， 來自荷蘭皇家藝術與科學院Miguel Ricardo Leung團隊在Nature上發表 了文章Cytoplasmic lattices are megadalton storage complexes in mammalian oocytes。這項研究首次從高分辨率結構層面揭示，哺乳動物卵母細胞中的細胞質晶格本質上是一個巨型母源蛋白儲存復合體，為早期胚胎發育提前備好了關鍵“分子物資”。值得注意的是，這是近期Nature發表的第三篇相同內容的研究論文，另外兩篇詳見：；。

作者首先從小鼠卵母細胞中分離天然 CPLs ，利用其對去污劑的耐受性，在含 0.5% Triton X-100 的條件下裂解卵母細胞，再直接進行冷凍電鏡觀察。隨后，他們結合單顆粒分析、質譜鑒定以及基于人工智能的結構建模方法，最終獲得了約 4.2 ? 分辨率的三維結構，并建立出一個包含 13 種蛋白、總分子量超過 3 MDa 的核心重復單元模型。這個結果的重要性在于，過去大家只能看到 CPLs 大致像一束束纖維，卻不知道纖維里究竟裝了什么；而這次，作者不僅看到了它，還把主要成分一個個辨認了出來。

解析后的結構顯示，PADI6是整個CPLs最關鍵的骨架蛋白之一。它在每個重復單元兩側形成大型環狀寡聚體，一個環由 5 個二聚體進一步組裝而成，彼此之間以類似螺旋樓梯的方式層層連接。更重要的是， PADI6 并不是簡單 “ 待在里面 ” ，而是真正承擔了支架作用，幫助整個晶格維持穩定。這個發現很好地解釋了為什么過去一旦PADI6缺失，CPLs就會消失，卵母細胞質量下降，甚至導致雌性不育。換句話說， PADI6 在這里更像是一根承重梁，沒有它，這個儲存系統本身就很難存在。

除了 PADI6 之外，另一組關鍵蛋白來自皮層下母源復合體，也就是 SCMC 。研究發現， NLRP5 、 TLE6 、 OOEP 、 KHDC3 、 ZBED3 和 NLRP4F 這些母源效應相關蛋白，都是 CPLs 真實的結構組成部分。它們并不是零散黏附在表面，而是形成兩類不同的亞復合體，再通過 NLRP4F 將相鄰重復單元橋接起來，把一個個局部結構串聯成連續的鏈狀纖維。也正因如此，這項研究首次從結構層面解釋了一個長期存在的現象：為什么這些蛋白中的任何一個出現異常，都可能導致CPLs崩解以及早期胚胎發育停滯。因為它們本來就是這個儲存系統的“連接件”和“拼裝節點”。

這篇文章最精彩的地方，在于它改變了我們對 “ 儲存 ” 的理解。過去人們以為，關鍵母源蛋白只是附著在 CPLs 上，被臨時收納起來；而這項工作表明，很多重要蛋白其實是直接嵌入到 CPLs 結構內部的。最典型的例子是 α/β- 微管蛋白。作者發現，微管蛋白以未聚合的異二聚體形式被封存在 CPLs 中，而且兩端都被其他蛋白 “ 封帽 ” ，從而避免提前聚合?？紤]到受精后早期胚胎需要迅速進行細胞骨架重塑，這樣的儲存方式就顯得非常高明：卵母細胞不是簡單地 “ 攢 ” 了一堆微管蛋白，而是把它們穩定、有序地封裝在一個隨時可調用的結構里。作者甚至估算，這種儲備量可達到 10^9 到 10^10 個微管蛋白異二聚體，濃度達到微摩爾級別。也就是說， CPLs 很可能就是卵母細胞長期尋找的那座 “ 微管蛋白倉庫 ” 。

與此同時，作者還在 CPLs 中發現了與泛素化和表觀遺傳調控相關的成分，包括 UHRF1 、 UBE2 和 FBXW 家族蛋白。其中， UHRF1 和 UBE2 形成復合體，被安置在 NLRP14 和 PADI6 之間。這提示 CPLs 不僅負責儲存，還可能承擔調控功能：在卵母細胞階段，這些與蛋白修飾和降解相關的因子被封存在晶格之中，可能有助于讓母源蛋白穩定積累；等到受精后 CPLs 解體，它們再被釋放出來，參與對母源因子的定時清除和胚胎程序切換。這樣一來，CPLs的意義就不再只是“儲物架”，而更像是一個兼具儲存、保護和時序調控功能的超分子平臺。

這項研究從高分辨率結構層面闡明了卵母細胞細胞質晶格的分子組成與組織方式，證明其本質上是一個用于儲存母源關鍵蛋白的超分子復合體。這一發現為理解早期胚胎發育的物質基礎，以及相關不孕和發育異常的機制，提供了新的結構依據。

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10513-8

制版人： 十一

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【原創文章】BioArt原創文章，歡迎個人轉發分享，未經允許禁止轉載，所刊登的所有作品的著作權均為BioArt所擁有。BioArt保留所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！