Мужчины размножаются костями

Клетки костной ткани занимают лишь 3% объема скелета. Все остальное – органический матрикс и минеральные вещества. Клетки (остеобласты и остеокласты) управляют биохимическими процессами, создавая кости, отличающиеся друг от друга по форме, прочности и размеру. В процессах формирования и разрушения костей принимают участие стероидные гормоны. Эти знания очевидны не только фармакологам и медикам, но и неспециалистам. Так, в подростковом возрасте скелет ребенка приобретает специфическую гендерную геометрию, после чего мальчики и девочки начинают носить одежду различного покроя. А после наступления менопаузы женские кости становятся более хрупкими и ломаются даже при незначительных нагрузках и слабых ударах.

Исследователи из научных центров Канады и США под руководством Франка Ури (Franck Oury) из Университета округа Колумбия (Columbia University) еще в 2000 году предположили то, до чего простым людям не додуматься: что в системе «скелет-половые гормоны» существует и обратная связь. То есть не только гормоны влияют на формирование костей, но и кости оказывают воздействие на синтез половых гормонов. В эксперименте, результаты которого появились в статье Endocrine regulation of male fertility by the skelton, ученые описывают экспериментальные доказательства того, что кости – это еще и эндокринный орган.

Строители и разрушители

Остеобласты – клетки-строители. Они формируют сплошной пласт, который синтезирует белки клеточного матрикса (коллаген, остеокальцин и остеопонтин) и постепенно «пропитываются» минеральными соединениями. Остеокласты противодействуют остеобластам и постепенно разрушают костную ткань. Но это не означает, что клетки-разрушители вредят человеку. В здоровом организме «разрушители» и «строители» совместными усилиями формируют кости с оптимальными физическими свойствами. На равновесие между процессами разрушения и строения костей (соответственно, и на физические характеристики костей) влияют половые гормоны.

Чтобы разобраться, существует ли обратная связь между скелетом и половыми гормонами, Франк Ури и его коллеги провели эксперимент с клетками костной ткани и репродуктивной системы. В предварительном эксперименте ученые выяснили, что остеобласты активизируют синтез тестостерона клетками семенников, но никак не влияют на женские половые гормоны (эстрадиол и прогестерон). Соответственно, во всех остальных экспериментах ученые акцентировали внимание на мужской репродуктивной системе -- семенниках и клетках Лейдига, которые располагаются между семенными канальцами и синтезируют тестостерон и другие гормоны андрогенного ряда.

В первом эксперименте ученые выращивали клетки Лейдига в присутствии остеобластов или других «родственных» им клеток. Оказалось, что «строители» увеличивают активность гормонопродуцирующих клеток почти в четыре раза, в то время как другие клетки никак не влияют на синтез тестостерона. Эти данные согласуются с ранее описанным наблюдением, что мыши с дефицитом остеокальцина (синтезируется остеобластами) плохо размножаются. Тогда ученые не стали искать причину репродуктивного бессилия мышей. Но если предположить, что остеокальцин стимулирует производство основного полового гормона (тестостерона), то все становится на свои места, так как тестостерон – залог здоровья сперматозоидов. Впрочем, остеокальцин еще и основной продукт остеобластов – его количество просто огромно по сравнению с другими соединениями, синтезируемыми костными клетками. То есть все «улики» указывают на то, что костный гормон, вероятно, управляет половым.

В следующем эксперименте ученые инкубировали клетки Лейдига с обыкновенными и генетически модифицированными (лишенными остеокальцина) костными клетками. Как и предполагалось, «клетки-пустышки» не оказывали влияние на синтез тестостерона, чего нельзя сказать о полноценных остеобластах. Тогда исследователи подкормили клетки Лейдига очищенным остеокальцином, после чего те начали производить рекордные количества тестостерона.

В экспериментах in vivo ученые выяснили, что инъекции остеокальцина увеличивают концентрацию тестостерона в крови. Экспериментальные животные, получавшие инъекции костного гормона, хорошо размножались и в целом не имели проблем с репродуктивной системой. Зато у трансгенных животных (без гена остеокальцина) размер яичек (семенников) был меньше физиологической нормы. Да и сперматозоиды трансгенных мышей по размерам, жизнеспособности значительно уступали своим «диким родственникам».

В статье, опубликованной в журнале Cell, ученые подробно описывают взаимодействие костей и яичек на молекулярном и генетическом уровне. «В этом исследовании впервые описаны и объяснены репродуктивные функции костной системы», -- пишут авторы статьи, полагая, что эти результаты будут использованы в фармакологии.