У большинства млекопитающих яички расположены вне брюшной полости, так как повышенная температура внутри нее препятствует сперматогенезу – процессу формирования сперматозоидов. К тому же, воздействие высокой температуры способно вызвать временную потерю плодовитости. Механизмы, лежащие в основе этого явления, до конца не выяснены, однако недавнее исследование выявило значительную роль двухцепочечных разрывов ДНК.
Для формирования мужских половых клеток (сперматозоидов) у людей и других млекопитающих необходима умеренная температура. В связи с этим яички располагаются вне тела, в мошонке, а не в брюшной полости, как многие другие органы, например, яичники, где происходит образование яйцеклеток. Это обеспечивает снижение температуры тканей, участвующих в формировании сперматозоидов, в среднем на 2-6 градусов.
Сперматогенез весьма восприимчив к повышенной температуре. Даже незначительный нагрев способен нарушить этот сложный, многоэтапный процесс, что может привести к бесплодию. Для исследования подобных нарушений применяются различные животные модели, такие как искусственный крипторхизм (перемещение яичек в брюшную полость) или тепловой шок. Например, погружение задней части тела самцов мышей в воду при температуре 43 градуса Цельсия на 15 минут спровоцировало гибель клеток, являющихся предшественниками сперматозоидов. Интересно, что этот эффект уже лег в основу нового метода контрацепции.
Однако в работе, опубликованной в журнале Communication Biology, исследователи из Японии разработали более совершенную и, как они полагают, точную модель. С помощью технологии ex vivo, благодаря технике культивирования тканей, заключающейся в переносе живых тканей из организма в искусственную среду, ученым удалось получить культуру яичек мышей. В этих изолированных органах продолжались все стадии сперматогенеза, что подтверждается флуоресценцией специального «сигналящего» белка (GFP, green fluorescent protein).
При воздействии температур от 34 до 40 градусов Цельсия на экспланты наблюдались различные изменения. При температуре 34 градуса, соответствующей температуре в мошонке мышей, сперматогенез протекал в полном объеме и не имел нарушений. Однако при более высоких температурах постепенно ухудшались различные стадии сперматогенеза.
«Подобную комплексную структуру, в которой множество процессов зависит от температуры, мы не предвидели в основе столь хорошо исследованного явления. Стало возможным это открытие благодаря применению технологии культивирования органов», — утверждает Такэхико Огава — сотрудник Университета Йокогамы, расположенного в Японии).
Ученые объясняют это тем, что проблема возникает из-за сбоев в профазе I – первом этапе мейоза, заключающемся в делении клеток для формирования половых клеток. Следует отметить, что как сперматозоиды, так и яйцеклетки (ооциты) являются гаплоидными клетками, что означает, что в них содержится вдвое меньше хромосом по сравнению с соматическими клетками. Гаплоидный набор хромосом делает их более восприимчивыми к повреждениям, поскольку такие клетки не располагают второй хромосомой, которая могла бы служить резервной копией при восстановлении ДНК»).
Ученые зафиксировали рост числа двухцепочечных разрывов в структуре ДНК и замедление процессов их восстановления. При этом, данное изменение было выявлено уже при температуре в 37-38 градусов Цельсия, что соответствует обычной температуре тела.
Затем клетки, содержащие подобные мутации, идентифицируются на определенных этапах клеточного цикла («контрольные точки») и ликвидируются посредством запрограммированной клеточной гибели (апоптоза). Это влечет за собой снижение выработки спермы или может привести к бесплодию.
Изучение причин нарушений сперматогенеза может быть во многом облегчено благодаря новой публикации. Также важно учитывать полученные результаты, особенно тем, кто часто посещает бани или сауны, где температура значительно превышает допустимые 38 градусов.