Исследователи из США проанализировали молекулярные процессы, происходящие при формировании сперматозоидов, и выявили возможную связь между нарушениями этих процессов и мужским бесплодием.
В сперматозоидах — важная составляющая генетического материала, требуемая для начала новой человеческой жизни. На эффективность этого процесса влияет способность организма производить качественно сформированные сперматозоиды, что во многом определяется их структурой. В процедуре ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение) для оплодотворения яйцеклетки выбирается сперматозоид оптимальной формы.
Определить, каким образом оптимальная структура сперматозоида воздействует на его функциональность, сложно из-за большого количества влияющих факторов. Командой ученых из Мичиганского университета (США) было проведено исследование, посвященное данному вопросу опубликовал журнал Nature Structural & Molecular Biology, ученые предложили возможную разгадку снижения способности спермы к оплодотворению.
Сперматозоиды обладают уникальной чертой: для защиты и упаковки своего генетического материала они применяют низкомолекулярные белки, которые называются протамины. В то время как в половых клетках эту функцию выполняют специальные белки, для остальных клеток организма она обеспечивается гистонами.
Протамины обнаруживаются в ядрах сперматозоидов рыб, птиц и млекопитающих. У большинства видов млекопитающих синтезируется несколько типов протаминов. Для нормального функционирования организма необходимо поддерживать определенное соотношение этих белков, нарушение которого может привести к бесплодию.
Внимание исследователей было сосредоточено на ранее не учтенных особенностях протаминов и их роли в репродукции. Для понимания влияния изменений в белке на его функцию, ученые провели детальное изучение состава молекулярных последовательностей протаминов.
По мнению исследователей, протамины способствуют более плотной организации структуры хроматина (эта структура необходима для защиты ДНК сперматозоидов во время их продвижения от мужского организма к женскому. Максимальная степень сжатия достигается благодаря протаминам, содержащим большое количество аргинина — аминокислоты с положительным зарядом, обеспечивающей надежное взаимодействие с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК.
Исследование выявило, что протамины также содержат неаргининовые аминокислоты, подвергшиеся неожиданным модификациям, что приводит к химическому изменению белков уже после их синтеза.
По информации Линдси Мориц, научного сотрудника лаборатории и соавтора исследования ( Lindsay Moritz), разнообразие модификаций протаминов указывает на их участие в организации хроматина сперматозоидов, что, в свою очередь, влияет на их репродуктивный потенциал.
Исследователи, работающие с мышами, изучили модификацию протамина, обнаруживаемую в зрелых сперматозоидах. Замена этой модификации на аминокислоту аланин, которая не подвергается модификации, привела к уменьшению подвижности сперматозоидов, образованию клеток аномальной формы и снижению оплодотворяющей способности.
В дальнейшем планируется продолжить исследования и более тщательно изучить механизм упаковки в сперматозоидах с целью полного воспроизведения этого процесса в лабораторных условиях. Это необходимо, поскольку точные причины, по которым сперматозоиды теряют способность к оплодотворению, остаются невыясненными. Отсутствие понимания конкретных механизмов, приводящих к бесплодию мужской спермы, затрудняет как подбор эффективной терапии, так и отбор наиболее перспективных гамет для процедуры экстракорпорального оплодотворения.
Кроме того, как уже отмечал Naked Science, в настоящее время наблюдается тревожная тенденция к ухудшению качества мужской фертильности во всем мире. В наиболее развитых государствах до 20% мужчин сталкиваются с бесплодием и не могут зачать ребенка естественным путем (без использования ЭКО), и ожидается, что в будущем аналогичные или еще более серьезные показатели распространятся по всему миру. В связи с этим, исследование причин данной проблемы представляется крайне важным с практической точки зрения.