Учёные нашли неуловимую молекулу, которая помогает сперматозоидам найти яйцеклетку

Учёные из Морской биологической лаборатории (MBL) идентифицировали ключевую молекулу, управляющую хемотаксисом — привлечением сперматозоидов к яйцеклетке у морских беспозвоночных. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Более 100 лет назад директор MBL Ф. Р. Лили обнаружил, что яйцеклетки морских беспозвоночных выделяют химический фактор, привлекающий сперматозоиды. Сперматозоиды плывут по химическому градиенту к яйцеклетке, чему способствуют пульсирующие всплески концентрации ионов кальция (Ca2+) в хвосте, контролирующие его биение.

Хотя многие клеточные компоненты, переводящие стимуляцию хемоаттрактантом в Ca2+-ответ, были известны, не хватало одного ключевого звена. Чтобы ионы Ca2+ из внешней среды могли попасть в хвост, внутренняя среда сперматозоида должна стать более щелочной. Молекула, вызывающая это изменение pH, оставалась неуловимой.

В новой работе У. Бенджамин Каупп из MBL идентифицировал эту молекулу. Он провёл 18 летних сезонов в MBL, продолжая исследования, начатые Лили.

Как работает механизм

Обнаруженная молекула — это натрий-протонный обменник особого типа. Он позволяет ионам натрия поступать в клетку, а протоны (H+) — выходить из неё, повышая внутренний pH.

Этот обменник является химерой: он сочетает черты известных обменников и ионных каналов, так называемых пейсмекерных каналов, которые контролируют сердечный ритм и активность мозга.

Активация происходит с помощью сенсора напряжения — участка из положительно заряженных аминокислот. Когда сперматозоид улавливает молекулы хемоаттрактанта:

  1. Открываются калиевые каналы, ионы калия покидают клетку.
  2. Внутренний потенциал клетки становится более отрицательным.
  3. Сенсор напряжения регистрирует это изменение и активирует обменник.
  4. Обменник начинает выкачивать протоны, среда внутри клетки становится более щелочной.
  5. Это позволяет ионам Ca2+ поступать в хвост, вызывая его пульсирующие движения.

Если этот механизм отключить, Ca2+-импульсы в хвосте подавляются, и сперматозоид теряет путь к яйцеклетке.