Nature开创性新研究：卵细胞中的大规模存储机制

一项开创性的研究揭示了哺乳动物卵细胞中细胞质晶格（ cytoplasmic lattices ，CPLs）的神秘结构和分子组成，解决了生殖生物学领域长期以来的一个难题。

这些结构此前被认定为卵细胞质中大量的蛋白质结构体，如今已被证实为巨大的分子复合体，它们在早期胚胎发育过程中作为关键蛋白质的重要储存库发挥着重要作用。最新的发现源于冷冻电子显微镜与先进的人工智能（AI）驱动建模的创新结合，二者共同为从小鼠卵细胞中分离出的天然 CPL 提供了前所未有的分子分辨率。

该研究指出，CPL 不是无定形的聚合物团块，而是由至少 13 种不同的蛋白质组成的复杂结构，这些蛋白质形成了一个具有数百万道尔顿规模的复合体。这种超分子复合体包含多种母效应因子，其中包括 PADI6（一种与染色质调节有关的肽基精氨酸脱甲基酶）以及皮质母体复合体（SCMC）的组成部分，后者在早期发育阶段具有不可或缺的作用。这种多蛋白结构突显了卵母细胞能够将蛋白质储存在稳定但动态的框架内并加以保护的能力。

值得注意的是，该研究发现，那些通常被认定为细胞骨架蛋白的物质，如α-微管蛋白和β-微管蛋白，都是细胞质囊泡（CPLs）的重要组成部分，它们并非以聚合的微管形式存在，而是以未聚合的二聚体形式被整合进来。这一发现推翻了此前的假设，即卵子中微管蛋白的主要作用是作为细胞骨架的支架，而实际上这些微管二聚体是储存的储备物质，为未来的发育需求做好了准备。它们被封存在细胞质囊泡中，能够确保在胚胎细胞分裂和形态发育的关键时期内实现严格调控的可用性。

双重技术

荷兰皇家艺术与科学学院Miguel Ricardo Leung课题组取得一项新成果：细胞质晶格是哺乳动物卵母细胞中兆道尔顿级别的储存复合物。相关论文于2026年4月15日发表在《自然》杂志上。

研究人员利用低温电子显微镜和基于人工智能的建模来阐明来自单母卵母细胞的天然CPLs的分子结构和蛋白质组成。课题组研究人员发现CPLs是由至少13种不同的蛋白质组装成一个兆子级复合体形成的，包括母体效应因子的多个拷贝，如PADI6和皮质下母体复合体（SCMC）。

研究人员发现，早期胚胎发育所必需的蛋白质实际上是CPLs的结构成分，包括细胞骨架蛋白α-和β-微管蛋白，它们作为未聚合的二聚体被纳入CPLs；以及一系列泛素化因子，如表观遗传调节因子和E3连接酶UHRF1，泛素结合E2酶和泛素连接酶底物接头。

这代表了一种优雅的分子机制，卵母细胞通过直接结合到高度稳定的超分子组装中来储存重要的蛋白质。它们的结构解决了长达数十年的CPLs之谜，从而为理解破坏储存的母体因子如何导致不孕症和发育缺陷提供了一个结构框架。

泛素化机制

除了结构和细胞骨架成分外，CPL 还包含一系列广泛的泛素化机制——这是一个在蛋白质更新和表观遗传调节中起关键作用的调控系统。关键的泛素途径元件都存在于 CPL 中，包括一个表观遗传调节因子 UHRF1 和 E3 泛素连接酶；泛素结合 E2 酶；以及赋予泛素介导的蛋白质标记特异性的底物衔接蛋白。将这些因素整合到 CPL 中表明了一种复杂的分子策略，即卵子在受精后预先组装调节蛋白以调节早期发育途径。

这些发现的意义十分深远。通过将关键的母体蛋白质和调控复合物直接嵌入到极其稳定的超稳定超分子晶格中，哺乳动物的卵母细胞形成了一种精妙的机制，以在新蛋白质合成量极少或完全不存在的时期保持蛋白质的完整性和可用性。这种蛋白质储备的概念解决了发育生物学中的一个关键问题：母体储备是如何在卵母细胞成熟和早期胚胎发育过程中得以维持并完美运作，从而支持胚胎的稳健发育的。

在方法上，研究团队利用了最先进的冷冻电子显微镜技术，以接近原子级别的分辨率来观察天然的 CPL 结构。这些结构数据与基于人工智能的蛋白质建模算法相结合，使得能够准确地识别蛋白质并绘制出复合体组装的结构图。这种双重方法体现了将前沿成像技术与计算工具相结合以解决几十年来一直未能解决的复杂生物学谜题的能力。

在本研究之前，尽管已知循环蛋白复合物（CPLs）数量众多且被认为具有重要的功能作用，但其分子特性仍不明确。而本次研究最终证实了循环蛋白复合物确为具有实际意义的百万道尔顿大小的复合物，由一组关键的蛋白质构成，这些蛋白质对于繁殖过程至关重要，从而推翻了此前认为循环蛋白复合物是无定形的蛋白质储存场所或非特异性聚集物的观念。

对 CPL 结构的阐明为理解与母体储存因子的紊乱相关的不孕症和早期发育缺陷开辟了新的途径。由于与 CPL 相关的蛋白质参与了关键的胚胎过程， CPL 组成的突变或改变可能在某些不明原因的生殖失败或胚胎死亡病例中起作用，为未来的诊断和治疗策略提供了分子框架。

此外，CPL 中包含的泛素化成分表明，在卵母细胞胞质中存在着一个此前未被注意到的、具有重要作用的表观遗传和翻译后修饰调控层。这一发现促使我们重新审视早期阶段泛素化过程中的时间和空间动态变化。