Новости | Исследование выявило новый механизм долголетия ооцитов

Новости | Исследование выявило новый механизм долголетия ооцитов

Ооциты — это незрелые яйцеклетки, которые формируются до рождения почти у всех самок млекопитающих. Будущие поколения зависят от того, сможет ли этот ограниченный запас сохраняться без повреждений многие годы. У мышей этот период может достигать 18 месяцев, а у людей — почти полувека, то есть среднего времени от рождения до менопаузы. Как этим клеткам удаётся сохраняться так долго, долгое время оставалось неизвестным.

Исследователи из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне обнаружили новый механизм, объясняющий, как ооциты остаются неповреждёнными десятилетиями, несмотря на износ и повреждения, которые вывели бы из строя другие типы клеток. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Cell, открывают новое направление исследований необъяснимого бесплодия.

Исследователи изучили белковые агрегаты — скопления неправильно свернувшихся или повреждённых белков. Если их образование не контролировать, эти вредные вещества накапливаются в цитоплазме и становятся высокотоксичными. Известно, что белковые агрегаты накапливаются в нейронах и связаны с рядом нейродегенеративных заболеваний. Обычно клетки расщепляют их с помощью специальных ферментов. Они также могут делиться на две новые клетки, концентрируя агрегаты в одной и сохраняя другую.

Ооциты отличаются. Из-за длительного срока жизни они не могут рассеивать токсичные вещества посредством деления клеток. Постоянное расщепление белковых агрегатов невыгодно, поскольку требует значительных затрат энергии, которой может не хватать. Кроме того, после слияния со сперматозоидом ооциты должны передать эмбриону всю свою цитоплазму, поэтому снижают метаболическую активность. Это предотвращает образование побочных продуктов, способных повредить материнскую ДНК и повлиять на будущую репродуктивную функцию, но делает ооциты особенно уязвимыми к неправильно свернувшимся и повреждённым белкам.

Доктор Эльван Бёке, руководитель группы биологии ооцитов и клеточного покоя CRG, объяснила: «По сравнению с тысячами работ о белковой агрегации в нейронах почти нет исследований того, как ооциты млекопитающих справляются с этой проблемой, хотя они сталкиваются с теми же трудностями — долгим сроком жизни и отсутствием деления».

«Мы хотели понять, как ооциты справляются с этими неправильно свернувшимися или повреждёнными белками», — добавила доктор Бёке.

Патрулирующая «бригада уборки»

Команда доктора Бёке под руководством доктора Габриэле Дзаффаньини собрала тысячи незрелых ооцитов, зрелых яйцеклеток и ранних эмбрионов у взрослых мышей. С помощью специальных красителей и прижизненной визуализации они наблюдали за белковыми агрегатами в реальном времени. Для изучения деталей наномасштаба внутри клеток также использовали электронную микроскопию. Работа продолжалась пять с половиной лет.

Исследователи обнаружили в ооцитах специализированные структуры, которые назвали эндолизосомными везикулярными сборками (ELVAs). Около 50 таких структур в каждом ооците перемещаются по цитоплазме, захватывая и изолируя белковые агрегаты, чтобы те оставались безвредными. Исследователи называют ELVAs «суперорганеллами», поскольку это сети множества различных клеточных компонентов, работающих как единое целое.

Исследование выявило критический этап созревания ооцита — момент, когда он превращается в зрелую яйцеклетку, готовую к овуляции и возможному оплодотворению. ELVAs перемещались к поверхности клетки и расщепляли белковые агрегаты, фактически проводя глубокую очистку цитоплазмы. Это стало первым наблюдением уникальной стратегии ооцита по удалению белковых агрегатов.

«При оплодотворении ооцит должен передать эмбриону всю цитоплазму, поэтому он не может допустить накопления отходов, создающего критический риск для его работы. ELVAs действуют как сложная система удаления отходов или бригада уборки: патрулируют цитоплазму, чтобы агрегаты не плавали в ней свободно. Они удерживают агрегаты, пока ооцит не будет готов удалить их все одновременно. Это эффективная и энергосберегающая стратегия», — объяснил доктор Габриэле Дзаффаньини.

Белковые агрегаты могут вызывать бесплодие

С возрастом фертильность снижается, а низкое качество ооцитов — одна из ведущих причин женского бесплодия. Показатели бесплодия также растут во всём мире, отчасти из-за откладывания рождения детей. Понимание того, как ооциты сохраняют здоровье и почему с возрастом эти стратегии перестают работать, необходимо для изучения необъяснимого бесплодия и разработки новых методов лечения.

Результаты указывают на то, что белковые агрегаты могут ухудшать качество яйцеклеток и эмбрионов. Экспериментальная блокировка расщепления белковых агрегатов ELVAs во время созревания ооцитов приводила к образованию дефектных яйцеклеток. Когда исследователи вмешались, чтобы «заставить» эмбрионы унаследовать агрегированные белки, 3/5 (60%) не завершили раннее развитие.

Доктор Бёке заключила: «Исторически многие исследования были сосредоточены на одном небольшом аспекте снижения качества ооцитов: мейозе и анеуплоидии. Однако недавний обзор 11,000 переносов эмбрионов показал, что возрастное снижение женской фертильности в основном обусловлено другими неизвестными факторами. Наше исследование открывает перспективное направление для изучения того, могут ли расщепление белков и его регуляция в ооцитах объяснить возрастное ухудшение здоровья эмбрионов».

Нейроны — ещё один тип долгоживущих неделящихся клеток, которым необходимо справляться с белковыми агрегатами. Накопление этих вредных веществ связано с рядом нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера. Существуют ли структуры, подобные ELVA, также в нейронах и других типах клеток? Это исследование открывает возможности для изучения процессов, выходящих за рамки репродукции.

Источник истории:

Собрано в интернете