近日，北京生命科學(xué)研究所/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）在線發(fā)表題為“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、線粒體鞘結(jié)構(gòu)紊亂等表型，這與人類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。

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端必須位于囊泡膜外，而理論預(yù)測(cè)正好相反，我們驚奇的發(fā)現(xiàn)ELAPOR1在囊泡上兩種方向都存在，即具有雙向拓?fù)湫?，體外囊泡捕獲實(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。

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索。

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

本研究由北京生命科學(xué)研究所/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)與類腦研究所的單竑晟博士。

https://doi.org/10.1073/pnas.2501302122