Динамическая реорганизация и аутофагическая деградация митохондрий в процессе спермиогенеза у растений

Исследователи из Национального института фундаментальной биологии, Токийского университета и Университета Гумма (Япония) обнаружили, что у печёночника Marchantia polymorpha количество митохондрий в сперматозоиде контролируется аутофагией в процессе спермиогенеза.

Сперматозоиды эукариот демонстрируют характерную морфологию и распределение митохондрий, которые сильно различаются у разных видов. В то время как соматическая клетка мха содержит десятки или сотни митохондрий, зрелый сперматозоид имеет строго фиксированное число — две митохондрии: одну в головке, другую в хвосте. Механизм формирования такой структуры оставался неизвестным.

В статье, опубликованной в Cell Reports, команда детально изучила, как меняется количество и форма митохондрий при превращении сперматид в сперматозоиды у печёночников.

Ключевые этапы процесса:

  1. Уменьшение числа митохондрий: По мере развития спермиогенеза количество митохондрий сокращается до одной.
  2. Асимметричное деление: Оставшаяся митохондрия делится асимметрично, образуя две: более крупную (переднюю) и более мелкую (заднюю). При ингибировании этого деления формировались сперматозоиды только с одной, передней митохондрией.

Роль аутофагии:

Исследование механизма сокращения числа митохондрий показало ключевую роль аутофагии — процесса деградации клеточных компонентов путём их захвата в двойные мембранные мешки (аутофагосомы) с последующим слиянием с вакуолями/лизосомами.

  • При потере функции генов, необходимых для аутофагии, митохондрии не деградировали, и в мутантных сперматозоидах оставалось большое их количество.
  • Электронная микроскопия подтвердила, что в диком типе митохондрии избирательно захватываются аутофагосомами в ходе спермиогенеза.

Эволюционный контекст:

Как отметил руководитель исследования профессор Такаши Уэда, работа раскрывает механизм формирования характерного митохондриального паттерна в сперматозоидах мхов и показывает глубокую вовлечённость в этот процесс аутофагии. В спермиогенезе животных для удаления избыточной цитоплазмы и органелл используется не аутофагия, а фагоцитоз соседними клетками. Таким образом, растения и животные используют совершенно разные механизмы для удаления органелл в процессе формирования сперматозоидов.