Открытие в сперматозоидах раскрывает ключ к генетическому «бессмертию»
Новое исследование проливает свет на неуловимый процесс, который защищает развивающиеся половые клетки от повреждений в эмбрионах, и на то, как генетическая информация передается через поколения без нарушений.
Исследование идентифицировало белок SPOCD1, который играет ключевую роль в защите клеток-предшественников сперматозоидов (зародышевых клеток) от повреждений в развивающемся эмбрионе.
Во время развития зародышевые клетки проходят процесс репрограммирования. Он делает их уязвимыми для «прыгающих генов» (мобильных генетических элементов), которые могут повредить их ДНК и привести к бесплодию.
«Репрограммирование необходимо для правильного развития зародышевых клеток в эмбрионах, но временно делает их уязвимыми для части их собственных генов, известных как прыгающие гены, которые угрожают генетическим хаосом», — объясняет ведущий автор, профессор Донал О'Кэрролл из Эдинбургского университета.
Избегание такого повреждения позволяет зародышевым клеткам стать пулом самообновляющихся клеток, производящих здоровые сперматозоиды на протяжении всей взрослой жизни.
Команда под руководством исследователей из Эдинбургского университета изучила развитие зародышевых клеток в эмбрионах мышей, чтобы понять биологический путь их защиты от прыгающих генов.
Исследование впервые раскрыло роль белка SPOCD1. Он помогает привлекать защитные химические метки — ДНК-метилирования, — чтобы деактивировать прыгающие гены. Ученые давно задавались вопросом, как зародышевые клетки избегают повреждений во время репрограммирования, которое временно стирает существующие защитные метки.
«Идентификация SPOCD1 наконец открывает двери для дальнейших исследований, которые дадут более глубокое понимание этого неуловимого процесса и мужской фертильности», — говорит О'Кэрролл.
Тесты на самцах мышей показали, что потеря этого белка приводит к бесплодию, так как процесс ДНК-метилирования происходит неправильно, позволяя прыгающим генам повреждать ДНК развивающихся сперматозоидов.
Прыгающие гены составляют более половины нашей ДНК и перемещаются по геному, контролируя использование наших генов. Но их активность необходимо тщательно регулировать, чтобы избежать повреждений.
Команда обнаружила, что линия обороны ранних сперматозоидов активируется, когда SPOCD1 связывается с другим белком — MIWI2, который, как уже известно, играет роль в подавлении прыгающих генов. Предыдущие исследования показали, что белок MIWI2 связан с малыми молекулами piRNA, которые играют ключевую роль в деактивации прыгающих генов через ДНК-метилирование.
«Наши результаты дают первые представления о механизме процесса, фундаментального для развития сперматозоидов и их генетической целостности», — говорит О'Кэрролл.
Полученные данные не только объясняют недостающую часть головоломки, позволяющую развивающимся сперматозоидам избежать ранней гибели, но также могут дать представление о некоторых формах бесплодия.
Исследование опубликовано в журнале Nature при поддержке Wellcome и программы Европейского союза Horizon 2020. В нем также участвовали исследователи из университетов Кембриджа, Парижа и Берлина.