Цинк и кальций «общаются» для правильного оплодотворения яйцеклетки

Исследователи детально изучили влияние дефицита и избытка ионов цинка на периодический выброс ионов кальция — процесс, известный как кальциевые осцилляции. Этот процесс критически важен для активации яйцеклетки при оплодотворении и успешного развития эмбриона.

Исследование на мышах, опубликованное в eLife Reviewed Preprint, показывает, что ионы цинка регулируют кальциевые осцилляции, напрямую модулируя кальциевый канал IP₃R1.

Результаты могут быть использованы для разработки улучшенных методов ЭКО или негормональных контрацептивов.

У млекопитающих кальциевые осцилляции — ключевой сигнал активации яйцеклетки. Они представляют собой периодические повышения уровня ионов кальция, которые способствуют переходу к следующей стадии развития эмбриона. Выработка сигнальной молекулы IP₃, которая связывается со своим рецептором IP₃R1 на яйцеклетке, вызывает высвобождение ионов кальция из основного клеточного резервуара.

Во время созревания ооцита (незрелой яйцеклетки) перед оплодотворением уровень ионов цинка в клетке резко возрастает, что также важно для последующего развития эмбриона. После оплодотворения и начала кальциевых осцилляций примерно 10%–20% ионов цинка выбрасываются в событии, известном как «цинковые искры» — процесс, наблюдаемый у позвоночных и беспозвоночных.

Команда использовала различные методы для повышения и понижения уровня цинка в мышиных яйцеклетках, одновременно стимулируя кальциевые осцилляции. Затем они отслеживали осцилляции с помощью стандартных методов измерения кальция.

Ключевые открытия:

• Когда цинк связывали соединением TPEN, делая его недоступным, кальциевые осцилляции прекращались. При этом не уменьшался запас кальция в резервуаре, не снижалась выработка IP₃ и не страдала жизнеспособность яйцеклетки.
• Это происходило независимо от соединения, использованного для активации, включая само оплодотворение. Результаты указывают, что дефицит цинка нарушал функцию рецептора IP₃R1 — единственной общей молекулы для всех стимулов.
• Восстановление уровня цинка возобновляло кальциевые осцилляции. Однако чрезмерное повышение уровня цинка снова нарушало осцилляции и препятствовало активации яйцеклетки.
• Использование соединения thapsigargin для ингибирования насоса SERCA рецептора IP₃R1 вызывало утечку кальция. Добавление TPEN замедляло эту утечку, что также указывает на необходимость цинка для функции рецепторов IP₃R1.

Вывод: Кальциевые и цинковые ионы активно взаимодействуют при оплодотворении. Кальциевые осцилляции, индуцированные оплодотворением, зависят от оптимальной функции рецепторов IP₃R1, которая обеспечивается, в том числе, идеальным уровнем ионов цинка.