Как определить сперматозоид-победителя: посмотрите на его гоночные полосы

Миллионы сперматозоидов участвуют в гонке за оплодотворение, но только один выигрывает спринт к яйцеклетке.

Исследователи из Йельского университета обнаружили, что у этих сперматозоидов-победителей есть несколько ключевых молекулярных особенностей, отличающих их от отставших. Результаты опубликованы 1 декабря в журнале eLife.

Хвосты сперматозоидов содержат каналы с порами для входа кальция, которые помогают им двигаться по женским репродуктивным путям. Каждая пора этих кальциевых каналов состоит из четырёх субъединиц — CatSper 1–4, — которые работают вместе, выполняя такие функции, как контроль подвижности и навигации сперматозоида. Исследователи в шутку называют их «гоночными полосами» сперматозоида.

Команда учёных под руководством Жан-Джу Чунга, доцента клеточной и молекулярной физиологии, обнаружила, что одна из субъединиц, формирующих эти «полосы», критически важна для отбора сперматозоидов для оплодотворения.

С помощью 3D-молекулярной визуализации и моделирования на основе искусственной нейронной сети лаборатория Чунга разработала способ визуального отслеживания и количественной оценки сперматозоидов в репродуктивных путях самок мышей после спаривания. Они обнаружили, что сперматозоиды, продвинувшиеся от матки к яйцеводу, имели каналы с неповреждённой субъединицей CatSper1. У других сперматозоидов, вероятно, происходила потеря функциональных ионных каналов CatSper из-за повреждения CatSper1. Эти сперматозоиды становились неподвижными и оставались позади.

Сперматозоиды, которые продвигаются далеко в репродуктивный тракт, имеют и другие общие черты: они, как правило, уже потеряли колпачковую структуру под названием акросома в головке, что, вероятно, является прелюдией к оплодотворению яйцеклетки.

Понимание молекулярных особенностей сперматозоидов и их взаимодействия в репродуктивном тракте может помочь в разработке новых методов лечения бесплодия или, наоборот, мужской контрацепции. У бесплодных мужчин были обнаружены мутации в генах CatSper, которые могут стать мишенью для терапии. Поскольку канал CatSper необходим для функционирования сперматозоидов, его блокировка может привести к созданию негормональных контрацептивов с минимальными побочными эффектами как для мужчин, так и для женщин.

«Лучшее понимание того, как отбираются наиболее приспособленные сперматозоиды и как устраняются оставшиеся после оплодотворения в женском репродуктивном тракте, может улучшить существующие стратегии вспомогательной репродукции», — сказал Чунг.