Новости | Белки, упаковывающие сперматозоиды, могут быть ключом к пониманию мужского бесплодия

Новости | Белки, упаковывающие сперматозоиды, могут быть ключом к пониманию мужского бесплодия

Сперматозоиды играют жизненно важную роль в возникновении новой жизни, поскольку обеспечивают половину генетического материала, необходимого потомству. Однако то, как сперматозоиды формируют структуру, необходимую для нормальной репродуктивной функции, по-прежнему остается сложным биологическим вопросом.

Недавно команда Мичиганского университета изучила молекулярные механизмы формирования сперматозоидов и то, как нарушения могут приводить к бесплодию по мужскому фактору. В отличие от других клеток человека, сперматозоиды упаковывают генетический материал с помощью белков, называемых протаминами. Возникает вопрос: почему сперматозоиды используют протамины для упаковки ДНК, а не гистоны, которые применяются всеми другими типами клеток?

Эволюция и функции протаминов

Протамины встречаются у растений, рыб, млекопитающих и других организмов и эволюционировали на протяжении сотен миллионов лет. Изучая их молекулярные последовательности, исследователи из Мичиганского университета выявили их важную роль в формировании сперматозоидов.

Протамины эффективно упаковывают ДНК в плотный хроматин главным образом благодаря высокому содержанию аргинина — аминокислоты с положительным зарядом, которая прочно связывается с отрицательно заряженной ДНК. Последнее исследование показало, что протамины также содержат видоспецифичные аминокислоты, отличные от аргинина, которые подвергаются неожиданным посттрансляционным модификациям — химическим изменениям, происходящим после синтеза белка.

Команда считает, что эти модификации необходимы для функционирования протаминов, особенно для упаковки хроматина сперматозоидов. Исследователи заявили: «Эти молекулы, связывающие ДНК, обычно имеют положительный заряд, но теперь мы видим, что в этих белках действует иной принцип, который мы не учитывали: другие аминокислоты также играют важную роль».

Значение посттрансляционных модификаций

Хотя сперматозоиды не проявляют транскрипционной активности, модификации протаминов указывают на их важную роль в упаковке хроматина. В моделях на мышах исследователи изучили остаток лизина, специфичный для мышиного протамина. Замена лизина на аланин, который не может подвергаться этой модификации, приводила к аномальной морфологии сперматозоидов, нарушению развития эмбрионов и резкому снижению фертильности. Удивительно, но замена лизина на положительно заряженный аргинин также не позволила восстановить нормальную упаковку, что показывает: этот процесс зависит не только от молекулярного заряда.

Значение для мужского бесплодия

Бесплодие по мужскому фактору часто не имеет выявленной причины, что подчеркивает важность изучения этих модификаций. Доцент Мичиганского университета Сахер Сью Хаммуд сказала: «Мы начали уделять внимание протаминам, поскольку они присутствуют у многих видов животных, но при этом быстро эволюционируют, поэтому их последовательности отличаются значительной вариативностью». Эти варианты могут быть потенциальными причинами мужского бесплодия.

Хаммуд и ее команда надеются глубже изучить упаковку генетического материала сперматозоидов и, возможно, воспроизвести этот процесс in vitro, открыв новые возможности для диагностики и лечения бесплодия.

Возможное клиническое применение

Важный вывод заключается в том, что модификации протаминов могут играть роль на ранних этапах эмбрионального развития, открыть новый способ диагностики бесплодия и потенциально обеспечить метод скрининга ранних эмбрионов после экстракорпорального оплодотворения (IVF). Доцент Мичиганского университета Саманта Шон сказала: «Эти модификации задают новое направление исследований и могут стать важным диагностическим инструментом при бесплодии, особенно в рамках IVF».

Источник материала:

Собрано в интернете