Нарушение сперматогенеза: исследователи обнаружили вклад цилицинов в мужскую фертильность
Для успешного оплодотворения сперматозоиды должны быстро двигаться вперед и иметь правильную форму. Уникальная структура сперматозоидов формируется в процессе спермиогенеза. Исследователи из Университетской клиники Бонна (UKB) и Трансдисциплинарного исследовательского подразделения Life & Health Боннского университета обнаружили, что проблемы с фертильностью у мышей и людей могут быть вызваны потерей так называемых цилицинов. Это вызывает дефекты в структуре головки и хвоста сперматозоидов. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.
Во время спермиогенеза круглые незрелые клетки в семенниках развиваются в зрелые сперматозоиды с головкой и хвостом. В передней части головки сперматозоида, несущей генетический материал, находится акросома — структура, необходимая для преодоления защитного слоя вокруг яйцеклетки при оплодотворении. Хвост сперматозоида позволяет клетке активно достигать яйцеклетки. Форма сперматозоида уникальна, а его цитоскелет содержит специальные белки, встречающиеся только в сперматозоидах.
Этот цитоскелет обеспечивает стабильное соединение отдельных частей сперматозоида. В области головки находится перинуклеарная тека (PT) — цитоскелетная структура, окружающая головку сперматозоида. В этой PT расположены Цилицин 1 и Цилицин 2. Роль этих белков ранее не изучалась.
«Поскольку цилицины очень похожи у мышей и людей, наше исследование на мышах также позволяет больше узнать о развитии человеческих сперматозоидов», — говорит автор-корреспондент проф. Хуберт Шорле из Института патологии UKB. «Мы надеялись получить представление о сложной сети факторов, контролирующих развитие сперматозоидов и, следовательно, мужскую фертильность».
Цилицины — структурный компонент чашечки сперматозоида
Чтобы выяснить, где цилицины необходимы в спермиогенезе, исследовательская группа проф. Шорле создала и изучила мышей, которые больше не могут производить Цилицин 1 и/или Цилицин 2. «Самцы мышей, лишенные Цилицина 1, достигали меньшего числа беременностей и меньшего размера помета при спаривании со здоровыми самками», — говорит первый автор д-р Симон Шнайдер.
Первый автор Анджела Ковачевич добавляет: «Отсутствие двух или более копий цилицинов делало самцов мышей бесплодными: спаривание не приводило к беременности».
Причина наблюдаемого бесплодия в том, что головки сперматозоидов меньше, а акросомы повреждены. Кроме того, хвосты закручены и обернуты вокруг головки сперматозоида, что сильно ограничивает подвижность сперматозоидов. Боннские исследователи обнаружили, что у таких сперматозоидов отсутствует область PT, называемая чашечкой (calyx). «Это говорит о том, что цилицины необходимы для этой структуры сперматозоида», — говорит проф. Шорле.
Цилицины также регулируют мужскую репродукцию у людей
Исследователи также хотели выяснить, связаны ли проблемы с фертильностью у людей частично с изменениями в цилицинах. Для этого они объединились с коллегами из Мюнстерского университета. В когорте пациентов Университетской клиники Мюнстера им удалось идентифицировать одного пациента с вариантами генов Cylicin1 и Cylicin2. Его сперматозоиды имеют дефекты структуры головки и хвоста, и пациент не может зачать ребенка.
«Основываясь на этих результатах, тестирование на варианты генов цилицинов следует рассматривать в случаях мужского бесплодия», — говорит проф. Шорле, который также дает обнадеживающее сообщение для пострадавших. «Поскольку поврежден «только» каркас сперматозоида, попытка трансплантации головки сперматозоида, а значит, и генетического материала в яйцеклетку, может привести к успешному оплодотворению».