Исследование регулятора митохондриального слияния, специфичного для зародышевой линии

Зародышевые стволовые и прогениторные клетки (GSPCs), включая примордиальные зародышевые клетки (PGCs) и стволовые клетки зародышевой линии (GSCs), дают начало различным состояниям зародышевых стволовых клеток, а затем дифференцируются в сперматозоиды и яйцеклетки. GSPCs также самообновляются. Определение клеточной судьбы GSPCs регулируется множеством механизмов, включая изменения на уровне трансляции, транскрипции и эпигенетических модификаций. Для этих процессов характерна герминальная специфичность.

Помимо производства энергии, митохондрии могут регулировать клеточную судьбу. Баланс слияния и деления митохондрий (митохондриальная динамика) тесно связан с физиологией клетки. Однако оставалось неизвестным, существует ли специфичный для зародышевой линии регулятор митохондриальной динамики, и как он функционирует в развитии половых клеток.

Группа под руководством профессора Сунь Юнхуа из Института гидробиологии КАН, в сотрудничестве с профессором Чэнь Чжэнься из Хуачжунского сельскохозяйственного университета, раскрыла новые механизмы, показывающие, что специфичная для зародышевой линии организация митохондрий необходима для поддержания и дифференцировки GSPCs. Исследование опубликовано в Advanced Science.

Сравнив результаты РНК-секвенирования ювенильных семенников и яичников данио-рерио, исследователи обнаружили, что процесс организации митохондрий был значительно обогащен по анализу Gene Ontology, и идентифицировали mitoPLD (zebrafish pld6) как новый ген, специфичный для зародышевой линии и связанный с слиянием митохондрий.

Создав мутантов с нокаутом pld6, учёные обнаружили, что мутанты развивались исключительно в стерильных самцов без спермы в семенниках. Зиготное нарушение pld6 не повлияло на начальное количество GSPCs, однако у мутантов был малый размер гонад на 25-й день после оплодотворения (dpf), и после этого GSPCs не могли дифференцироваться в ранние ооциты.

Кроме того, исследователи обнаружили, что половые клетки у мутантов исчезали после 35 dpf, что в итоге приводило к маскулинизации и бесплодию. Слияние митохондрий в GSPCs с дефицитом pld6 было серьёзно нарушено, а у мутантов наблюдались дефекты в биогенезе piRNA и подавлении транспозонов.

Это исследование впервые выявило, что Pld6 данио-рерио является новым специфичным для зародышевой линии регулятором митохондриального слияния, и подчеркнуло его важнейшую роль в поддержании и дифференцировке GSPCs, а также в развитии гонад и гаметогенезе, что углубляет понимание взаимосвязи между митохондриальной динамикой и определением клеточной судьбы GSPCs.