科学家使用X射线束确定锌在卵泡发育中的作用

在阿贡的尖端仪器Bionanoprobe的帮助下，发现锌比最初认为的更早参与受精过程。

要生孩子，首先你需要一个鸡蛋。要有卵子，就需要有卵泡。在卵泡发育的最初阶段，需要有锌。

这些陈述中的最后一项代表了密歇根州立大学、西北大学和美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一组研究人员最近报告的新发现。该研究建立在早期研究锌在受精中的作用的基础上，并揭示了金属在排卵过程早期的重要性。

结果发表在《生物化学杂志》上的一篇论文中，该论文研究了锌在卵泡发育中的作用。由密歇根州立大学的TeresaWoodruff和TomO'Halloran领导的研究人员使用阿贡先进光子源(APS)的Bionanoprobe检测卵细胞本身以及周围体细胞中的锌和其他微量元素。

研究人员观察到，小鼠卵泡中的锌浓度在发育过程中增加了两倍多，而铁和铜等其他微量元素的浓度增加幅度较小。研究人员还注意到，生长中的卵泡获取锌的速度比未发育的卵泡快70倍，这表明锌在卵巢卵泡成熟中起着关键作用。

“我们从早期的研究中知道锌在受精中起着重要作用，但这项新研究表明它在卵子遇到精子之前就已经参与了，”该研究的作者之一阿贡大学科学家SiChen说。

“这项研究是一个很好的例子，说明基于同步加速器的科学如何开辟对生物学、繁殖和疾病代谢的新的基本理解，”密歇根州立微生物学教授汤姆奥哈洛兰说。“当你使用光子和X射线束时，你最初可能并不总是理解与实际生理学的联系——但这确实处于为生物学界带来新工具的前沿。”

Chen说，Bionanoprobe是世界上为数不多的研究人员可以在低温条件下测量细胞器内不同元素浓度的设施之一。“能够分辨亚细胞区室对于了解卵泡发育过程中幕后发生的事情很重要，”她说。

Chen说，锌对卵泡发育的重要性与锌激活蛋白控制这一过程有关。“细胞中锌含量的瞬时波动可以为下一步的发育提供重要的信号通路，”她说。

研究人员还观察到，卵子有办法调节分配到特定亚细胞位置的锌量。“锌水平需要保持在一定范围内才能使卵泡正常发育，”陈说。“就像我们身体的其他部分一样，需要达到某些最佳条件或体内平衡。”

在Bionanoprobe，研究人员使用X射线荧光显微镜测量锌浓度。

结果可能对未来的人类生育研究产生影响。“卵泡的产生对人类繁殖至关重要，”陈说。“更好地了解它们的发育方式可能会带来更好的生殖医学。”

“关于指示哪个卵泡成熟和排卵的信号是什么，存在很多谜团，”奥哈洛兰说。“这个过程植根于一个更深层次的生物学故事，我们才刚刚开始揭开它的基础。”

根据O'Halloran的说法，即将升级的APS将使科学家能够获得更强的光束，这种光束对锌的灵敏度将提高100倍，从而能够更快、更精确地确定化学特征的结构。

“因为细胞之间在分化和发育过程中存在如此多的生物变异性，所以你需要对大量切片进行成像以获得具有统计代表性的样本，”他说。“通过升级后的APS，我们将在每分钟的光束时间内测量更多的样品，具有更高的灵敏度和更好的空间分辨率。”

更多信息：Yu-YingChen等人，锌动力学调节早期卵巢卵泡发育，生物化学杂志(2022)。DOI：

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