Белку SPACA4 нужен мышиным сперматозоидам для прохода через защитный слой яйцеклетки
Оплодотворение — слияние яйцеклетки и сперматозоида — начинается жизненный цикл большинства животных. Эволюция выработала молекулярные механизмы, предотвращающие межвидовое скрещивание.
В 2018 году лаборатория Андреа Паули в Исследовательском институте молекулярной патологии (IMP) в Венском биоцентре обнаружила у рыб белок Bouncer. Он экспрессируется в яйцеклетках рыб и необходим для связывания мембран совместимых гамет, действуя как «вышибала».
У млекопитающих существует аналог этого белка — SPACA4 (Sperm Acrosome Associated 4), но он экспрессируется в сперматозоидах. Учёные из лабораторий Масахито Икавы (Университет Осаки) и Андреа Паули совместно исследовали его роль у мышей. Результаты опубликованы в PNAS.
Эксперимент с помощью CRISPR/Cas9
Используя технологию редактирования генов CRISPR/Cas9, исследователи создали мутантных мышей, сперматозоиды которых не могли производить SPACA4. Оказалось, что такие самцы не способны к размножению: их сперматозоиды двигались нормально, но большинство не могло оплодотворить яйцеклетку.
Ключ к преодолению барьера
В отличие от рыбьих икринок, яйцеклетки млекопитающих покрыты толстым защитным слоем гликопротеинов — zona pellucida. Чтобы достичь мембраны яйцеклетки, сперматозоид должен преодолеть этот барьер.
Учёные проверили способность мутантных сперматозоидов оплодотворять:
- Нормальные яйцеклетки (с zona pellucida) — оплодотворение происходило редко.
- Яйцеклетки с искусственно удалённой zona pellucida — нормальная частота оплодотворения восстановилась.
Это показало, что SPACA4 не требуется для взаимодействия мембран сперматозоида и яйцеклетки. Его ключевая функция — обеспечение прохода через слой zona pellucida.
Эволюция разных функций
«Наши результаты показывают, что SPACA4 и Bouncer эволюционировали для разных задач, — объясняет Андреа Паули. — SPACA4 производится в сперматозоидах и обеспечивает пересечение zona pellucida, а Bouncer производится в яйцеклетках и регулирует связывание мембран».