Похожие статьи
Сперматозоиды играют ключевую роль в зарождении новой жизни, предоставляя практически половину необходимого генетического материала. Успех этого процесса зависит от производства подходящих для развития сперматозоидов, форма которых часто определяется. При экстракорпоральном оплодотворении для оплодотворения яйцеклетки выбирается «самый красивый» сперматозоид.
Однако то, как оптимальная форма приводит к правильному функционированию сперматозоида, трудно оценить из-за множества сопутствующих факторов.
Исследователи из Мичиганского университета изучают детали формирования сперматозоидов на молекулярном уровне, фокусируясь на том, как нарушения в этом процессе могут приводить к бесплодию, вызванному мужским фактором.
В отличие от других клеток организма, сперматозоиды обладают уникальным свойством — их генетический материал наполнен белками, называемыми протаминами.
За сотни миллионов лет эволюции протамины были обнаружены у самых разных живых организмов, таких как растения, рыбы и млекопитающие. Важность этой протаминовой системы упаковки сперматозоидов вызывает интересный вопрос: почему сперматозоиды используют протамины для упаковки ДНК, а не гистоны, которые используются во всех других типах клеток?
Чтобы раскрыть значение протаминов в репродукции, Сахер Сью Хаммуд, доктор философии, Сай Реддинг, доктор философии, Линдсей Мориц, доктор философии, Саманта Шоен, доктор философии, и их команда провели углубленное исследование состава молекулярной последовательности протаминов, чтобы понять, как изменяются эффекторные функции белков.
«Мы начали изучать протамины потому, что они присутствуют у многих видов животных, а также быстро эволюционируют, поэтому существует большое количество вариаций последовательностей», — рассказывает Хаммуд, доцент кафедры генетики человека, акушерства, гинекологии и урологии.
У большинства млекопитающих имеется более одного типа протаминов, и они должны поддерживаться в четко определенном соотношении, а изменения в этом соотношении связаны с бесплодием.
Согласно общепринятой точке зрения, протамины особенно эффективны для плотной упаковки ДНК в плотные структуры, называемые хроматином, поскольку они богаты аргинином — положительно заряженной аминокислотой, которая прочно связывается с отрицательно заряженной ДНК.
Однако недавние исследования показали, что в состав протаминов входят и неаргининовые аминокислоты, которые являются видоспецифичными и обладают неожиданными посттрансляционными модификациями, химически изменяющими белки после их образования.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Structural & Molecular Biology, изучаются ранее неизвестные свойства протаминов.
«Известно, что молекулы, взаимодействующие с ДНК и упаковывающие ее, обладают положительно заряженными свойствами. Что действительно замечательно в этой работе, так это то, что она раскрывает другую логику, присущую этим белкам, которую мы никогда не изучали, — другие аминокислоты, которые также выполняют очень важную работу», — поясняет Реддинг, доцент кафедры биохимии и молекулярной биотехнологии Медицинской школы Чан при Массачусетском университете.
Кроме того, наличие посттрансляционных модификаций протаминов было интригующим, несмотря на то, что сперматозоиды не являются транскрипционно активными.
«Тот факт, что протамины имеют все эти различные модификации, говорит о том, что они должны выполнять какую-то функцию по упаковке хроматина», — отмечает Мориц, аспирант из лаборатории Хаммуда и соавтор статьи.
На примере мышей они проанализировали модифицированный остаток лизина, специфичный для протамина мыши, который присутствует в зрелых сперматозоидах мыши. Замена лизина на аминокислоту аланин (которая не поддается модификации) приводила к деформации сперматозоидов, нарушению эмбрионального развития и снижению фертильности.
Еще более удивительно, что замена лизина на положительно заряженный аргинин не привела к исправлению дефектной упаковки сперматозоидов, что указывает на то, что взаимодействие выходит за рамки заряда молекулы.
Бесплодие, обусловленное мужским фактором, часто не имеет четкой причины, что подчеркивает важность изучения этих изменений.
Шон, доцент кафедры акушерства и гинекологии Университета штата Массачусетс и соавтор работы, подчеркивает: «Я думаю, что эти изменения интересны как еще одно направление для исследования и выявления причины бесплодия, а тот факт, что они могут играть роль на ранних стадиях развития эмбриона, имеет большое значение как потенциальный инструмент диагностики и постфертилизационного лечения при ЭКО».
Команда надеется в ближайший период более детально изучить механизмы упаковки сперматозоидов в надежде полностью воссоздать этот процесс in vitro.
Эксклюзивный перевод
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
