Механизм смешивания митохондрий критически важен для производства спермы у мышей

Митохондрии, часто называемые энергетическими станциями клеток, имеют собственную ДНК, отличную от ДНК клетки-хозяина. Как и клеткам, им необходимы механизмы контроля качества, включая слияние (фьюжн). Этот динамичный процесс позволяет митохондриям смешивать своё содержимое, включая ДНК, что важно для выработки энергии.

В 2003 году профессор Дэвид Чан показал, что слияние митохондрий необходимо для жизни: мыши с заблокированным фьюжном погибали на эмбриональной стадии. Однако точная роль этого процесса в развитии оставалась неясной.

В новом исследовании лаборатория Чана изучила роль слияния митохондрий в развитии мужских зародышевых клеток — предшественников сперматозоидов. Учёные заблокировали митохондриальный фьюжн только в этих стволовых клетках, сохранив его во всех остальных тканях организма.

Мутантные мыши не производили сперму и были бесплодны. Проблема возникала на этапе мейоза — особого типа деления, при котором образуются клетки с половинным набором хромосом (например, 23 вместо 46 у человека). Клетки зародышевой линии вели себя нормально до мейоза, а затем «застревали», не в состоянии продолжить развитие.

«Во время мейоза клетке нужно много энергии, чтобы "перетасовать" ДНК от мамы и папы. Мутантные митохондрии, без слияния, не могли смешивать своё содержимое, и в результате их механизм выработки энергии был нарушен», — поясняет Григор Варужанян, ведущий автор исследования.

У более взрослых мышей учёные обнаружили ещё большее истощение пула зародышевых клеток, но, что удивительно, активность самообновления стволовых клеток зародышевой линии возросла. Был сделан вывод: слияние митохондрий необходимо для развития половых клеток, но не для поддержания самих стволовых клеток. Учёные полагают, что это связано с тем, что стволовые клетки меньше зависят от митохондриальной энергии, чем дифференцированные.

Ряд заболеваний вызван аномалиями в митохондриях, затрагивающими сердце, мышцы, нервы, зрение и фертильность. Подобные исследования могут помочь понять механизмы, лежащие в основе этих болезней.

Исследование "Mitochondrial fusion is required for spermatogonial differentiation and meiosis" опубликовано в журнале eLife.