Vita丨桂淼/张松英团队合作揭示卵母细胞中胞质晶格的天然结构及组装机制|复合物|张松英|桂淼|母源|母细胞|胞质晶格|蛋白

早期胚胎发育的启动，主要依赖卵母细胞中储备的母源蛋白和RNA。胞质晶格（cytoplasmic lattices，CPLs）是哺乳动物中负责组织和稳定母源因子的关键结构，特异性存在于卵母细胞和着床前胚胎中。此前研究发现，PADI6、NLRP5、OOEP、TLE6等多个母源效应基因的突变会导致女性不孕，并伴随CPLs结构的消失，提示CPLs的正确组装与胚胎发育密切相关。虽然距离研究人员首次在卵细胞中观察到CPLs已过去半个多世纪，但由于其结构复杂且高度不稳定，CPLs的分子组成、细胞内源天然结构及组装机制始终是领域内未解之谜。

2026年5月8日，浙江大学医学院桂淼团队与张松英团队合作在Vita发表题为Hierarchical assembly of native cytoplasmic lattices revealed by cryo-EM的研究论文，利用冷冻电镜技术在近原子分辨率下系统解析了小鼠卵母细胞中胞质晶格CPLs的天然结构，并结合体外组装、蛋白组学和交联质谱等技术，揭示了CPLs从单个蛋白分子、亚复合物、单根纤维到胞质晶格的“层级式组装”（hierarchical assembly）机制，为女性不孕症及早期胚胎发育研究提供了重要理论基础。值得注意的是，近日，Nature连续发表了三篇胞质晶格的文章，详见BioArt的报道：；；。

为攻克CPLs结构复杂且不稳定的难题，团队创新性建立了的“载网上细胞原位裂解”（CLoG）技术。该方法在最大程度保留CPLs天然状态的同时，提高了数据采集效率，成功获得了分辨率高达3.4Å的CPLs结构，精准鉴定出14种核心蛋白组分，并意外发现CPLs中包含微管蛋白二聚体和非激活态的泛素连接酶等组分（图1）。

图1. CPLs结构解析流程图及重复单元三维结构。

结构分析显示，PADI6和皮质下母源复合体（SCMC）是构成CPLs的核心骨架蛋白。CPLs中多个PADI6二聚体能够自发聚合形成中空管状结构，从而搭建整个晶格框架。体外实验表明，即使脱离细胞环境，PADI6仍具备自组装能力，表明PADI6是驱动CPLs形成的起始支架。与此同时，SCMC同样是驱动CPLs进行纤维状延伸的关键“脚手架”。本研究解析了两种SCMC亚型（SCMCKHDC3和SCMCZBED3），发现他们通过NLRP4f形成超级四聚体，并连接上下相邻的CPL单元。PADI6和SCMC相关基因突变此前已被证实与早期胚胎停滞及女性不孕密切相关，而本研究从结构层面进一步揭示了其致病机制。

此外，研究人员在PADI6与SCMC形成的CPLs框架内部发现了大量处于可快速聚合状态的微管蛋白（α/β-tubulin）二聚体，以及活性位点被占据、处于抑制状态的UHRF1-UBE2D3和SKP1-FBXW泛素化单元，提示CPLs与微管细胞骨架及蛋白泛素化调控系统之间存在紧密联系。利用Ooep敲除小鼠模型，团队发现OOEP缺失的卵母细胞中CPLs结构完全消失，胚胎停滞于2-4细胞时期，说明SCMC对CPLs形成及早期胚胎发育至关重要。而在卵母细胞中干扰Skp1及Ube2d3后的胞质晶格数目显著减少，进一步证明新鉴定的内部组分蛋白对维持CPLs结构稳定同样发挥关键作用。

那么，CPLs纤维之间如何连接形成晶格？本研究发现，多条CPLs纤维通过NLRP14、UHRF1与PADI6介导，以高度规则方式形成典型螺旋束结构，最终组装成胞质晶格网络。基因敲除联合蛋白质组学分析显示，CPLs内部蛋白缺失后，其余组分仍能以亚复合物形式存在，这与体外重组的结果相一致。基于以上发现，研究团队提出了CPLs从单个蛋白分子—亚复合物—单根纤维—胞质晶格的层级式组装模型（图2）。

图2. CPLs层级组装模式图。

整体而言，本研究系统揭示了卵母细胞中CPLs的精确分子成分和层级组装模式。结构信息和功能实验提示CPLs不仅是母源因子的储存平台，还可能参与受精后早期胚胎的细胞骨架重建及蛋白稳态调控，加深了人们对早期胚胎发育启动机制的理解。研究团队将已报道的上百种CPLs基因突变信息投影到三维结构上，为理解和干预由CPLs相关基因突变导致的女性不孕、胚胎发育异常等遗传疾病提供了新的分子诊断靶标和研究方向。