Некоторые сперматозоиды отравляют конкурентов
Конкуренция среди сперматозоидов жестока — все они хотят первыми достичь яйцеклетки для оплодотворения. Исследовательская группа из Берлина показала на мышах, что способность сперматозоидов к прогрессивному движению зависит от белка RAC1. Оптимальное количество активного белка повышает конкурентоспособность отдельных сперматозоидов, тогда как аномальная активность может вызывать мужское бесплодие.
Это буквально гонка за жизнь, когда миллионы сперматозоидов плывут к яйцеклетке. Но решает ли чистый случай, какой сперматозоид преуспеет? Оказывается, существуют различия в конкурентоспособности между отдельными сперматозоидами. У мышей «эгоистичный» и естественно встречающийся сегмент ДНК, называемый t-гаплотипом, нарушает стандартные правила генетического наследования — и обеспечивает успех в оплодотворении до 99% сперматозоидам, которые его содержат.
Исследователи из Института молекулярной генетики Макса Планка в Берлине впервые экспериментально показали, что сперматозоиды с t-гаплотипом двигаются более прогрессивно, то есть быстрее продвигаются вперед, чем их «нормальные» собратья, и таким образом устанавливают свое преимущество. Анализ отдельных клеток показал, что большинство клеток, мало продвинувшихся по своему пути, были генетически «нормальными», тогда как прямолинейно движущиеся сперматозоиды в основном содержали t-гаплотип.
Важнее всего, что различия в подвижности связали с молекулой RAC1. Этот молекулярный переключатель передает сигналы извне клетки внутрь, активируя другие белки. Новые данные позволяют предположить, что RAC1 также может играть роль в направлении сперматозоидов к яйцеклетке.
«Конкурентоспособность отдельных сперматозоидов, по-видимому, зависит от оптимального уровня активного RAC1; как сниженная, так и чрезмерная активность RAC1 нарушает эффективное поступательное движение», — говорит Александра Амарал, первый автор исследования.
t-сперматозоиды отравляют своих конкурентов
«Сперматозоиды с t-гаплотипом умудряются выводить из строя сперматозоиды без него», — говорит Бернхард Херрманн, соавтор исследования.
«Уловка» заключается в том, что t-гаплотип «отравляет» все сперматозоиды, но при этом производит «антидот», который действует только в t-сперматозоидах и защищает их.
Как выяснили исследователи, t-гаплотип содержит определенные варианты генов, которые искажают регуляторные сигналы. Эти искажающие факторы («яд») устанавливаются на ранней фазе сперматогенеза и распределяются между всеми сперматозоидами мыши-носителя. «Антидот» вступает в действие позже, после того как набор хромосом равномерно разделяется между сперматозоидами в процессе созревания. Только половина сперматозоидов с t-гаплотипом производит дополнительный фактор, который нейтрализует негативный эффект.
t-сперматозоиды не имеют преимущества в одиночку
В сперме самцов мышей с t-гаплотипом только на одной из двух хромосом 17 исследователи наблюдали, что одни клетки двигаются вперед, а другие — почти нет. Они протестировали отдельные сперматозоиды и обнаружили, что генетически «нормальные» сперматозоиды — это в основном те, которые не двигаются по прямой. Когда они обработали смешанную популяцию сперматозоидов веществом, ингибирующим RAC1, генетически «нормальные» сперматозоиды также смогли плыть прогрессивно. Преимущество t-сперматозоидов исчезло, что демонстрирует: аномальная активность RAC1 нарушает прогрессивную подвижность.
Результаты объясняют, почему самцы мышей с двумя копиями t-гаплотипа (по одной на каждой из двух хромосом 17) стерильны. Они производят только сперматозоиды, несущие t-гаплотип. Как выяснили исследователи, в этих клетках уровень активного RAC1 намного выше, чем в сперматозоидах генетически нормальных мышей, и они почти неподвижны.
Но сперматозоиды от нормальных мышей, обработанные ингибитором RAC1, также потеряли способность к прогрессивному движению. Таким образом, слишком низкая активность RAC1 также является недостатком. Исследователи предполагают, что аномальная активность RAC1 также может лежать в основе некоторых форм мужского бесплодия у людей.
«Наши данные подчеркивают, что сперматозоиды — безжалостные конкуренты», — говорит Херрманн. — «Генетические различия могут дать отдельным сперматозоидам преимущество в гонке за жизнь, способствуя передаче определенных вариантов генов следующему поколению».