Ученые нашли фермент, который играет ключевую роль в активации яйцеклетки сперматозоидом. И не только помогли зачать детей мужчинам с редкими заболеваниями, но и, похоже, наткнулись на принципиально новый вид мужских контрацептивов.
Даже искусственное оплодотворение иногда кончается неудачей. В том числе и самый надежный и эффективный метод -- ИКСИ (от англ. Intra Cytoplasmic Sperm Injection). Название говорит о том, что при этом сперматозоид вводят непосредственно в цитоплазму яйцеклетки. Метод применяют тогда, когда здоровых сперматозоидов очень мало или же все они с нарушениями и не могут самостоятельно проникнуть через оболочку яйцеклетки. Но и этот метод не всегда помогает.
Специалисты считают, что в таких случаях сперматозоид не может активировать яйцеклетку. Даже когда клетки сливаются, это не означает начала новой жизни. В причинах данного явления разбиралась команда исследователей из Оксфордского университета (Oxford University), Великобритания, Университета в Генте (Ghent University), Бельгия, и Массачусетского университета (University of Massachusetts), США.
У девяти пациентов клиники Университета в Генте (Ghent University Hospital), которым искусственное оплодотворение по методу ИКСИ не помогло, собрали образцы спермы. Она была в разном состоянии. Пять пациентов страдали редкой формой наследственного заболевания --глобозооспермией, при которой головка сперматозоида сферической формы и не имеет специального органа -- акросомы. Именно благодаря акросоме сперматозоид проникает сквозь оболочку яйцеклетки. Но в данном случае, хотя его непосредственно подсадили в цитоплазму, активации яйцеклетки не произошло. Значит, мешает еще что-то. У других пациентов сперматозоиды были нормального строения, но результат тот же. Контролем служила сперма нормальных добровольцев, участвующих в программе искусственного оплодотворения.
Белка или мало, или не там, или не такой
Кевин Ковард (Kevin Coward) из отделения акушерства и гинекологии Оксфордского университета (Department of Obstetrics and Gynaecology at Oxford University) и его коллеги изучили содержание и распределение в сперматозоидах белка, который встречается только в них, -- фосфолипазы С зета (PLCζ).
Чтобы обнаружить белок, они использовали антитела к нему и специфическое окрашивание в местах реакции белка с антителом. В нормальных сперматозоидах белок PLCζ концентрировался в экваториальной области. В бесплодных сперматозоидах с белком выявились проблемы.
Для генетического анализа у пациентов взяли образцы слюны, выделили ДНК и провели секвенирование -- определение последовательности нуклеотидов гена PLCζ.
В одном случае биологи обнаружили мутацию, которая вызвала изменение последовательности нуклеотидов в каталитическом центре фермента. Трехмерное строение молекулы PLCζ ученые выяснили методом кристаллографии. Такое изменение приводило к резкому снижению активности фосфолипазы С зета.
В других случаях нуклеотидная последовательность гена не менялась, но белок PLCζ вел себя неправильно: или его было очень мало, или он располагался не там, где нужно, или молекула белка оказывалась усеченной и не могла работать нормально.
Следовательно, белок PLCζ и есть тот фермент, который активирует яйцеклетку, с достаточной степенью обоснованности, предположили авторы работы.
Экспериментальное слияние мыши с человеком
Дополнительные доказательства роли белка PLCζ в активации яйцеклетки ученые провели в эксперименте с мышами. Они сравнили способность мутантного и нормального белка PLCζ активировать мышиные яйцеклетки. То, что белок был человеческим, не должно удивлять: биохимия оплодотворения так же, как и многих других процессов, сходна у всех млекопитающих.
Итак, они выделили 20 мышиных яйцеклеток, в половину из них добавили нормальный белок PLCζ , в другую половину -- мутантный. А затем отслеживали, начнется ли резкий выброс ионов кальция в цитоплазму яйцеклетки -- верный признак ее активации. Ученые зафиксировали выброс только в яйцеклетках, обработанных нормальным белком PLCζ.
Примерно то же самое произошло, когда экспериментаторы добавили к мышиным яйцеклеткам нормальные и мутантные человеческие сперматозоиды. В первом случае яйцеклетка активировалась, во втором -- нет. Это, конечно, не значит, что ученые оплодотворили мышей человеческой спермой -- от такой манипуляции не получится человеко-мышь. Но мышиную яйцеклетку активировать удалось благодаря белку PLCζ.
«В будущем, если мы сможем в лаборатории получить работающий белок, можно будет активировать с его помощью яйцеклетку и использовать этот метод для успешного искусственного оплодотворения в сложных случаях, -- говорит Кевин Ковард. -- С другой стороны, ингибиторы белка PLCζ будут полезны для разработки мужских контрацептивов».
Статья опубликована в журнале Human Reproduction.
