Зрелые сперматозоиды не содержат интактной митохондриальной ДНК
Новое исследование проливает свет на фундаментальный научный принцип, согласно которому митохондриальная ДНК (мтДНК) — уникальный генетический код энергостанций клеток — передается потомству исключительно от матери.
Исследование, проведенное Орегонским университетом здоровья и науки и другими институтами, опубликовано в журнале Nature Genetics.
Ученые давно установили, что мтДНК у человека происходит только из яйцеклеток. Таким образом, лишь мать передает генетический код тысяч митохондрий, необходимых для выработки энергии в каждой клетке тела.
Ранее считалось, что отцовская мтДНК уничтожается вскоре после слияния сперматозоида с ооцитом во время оплодотворения, возможно, с помощью иммуноподобного механизма «найди и уничтожь».
Однако исследование показало, что хотя зрелые сперматозоиды и несут небольшое количество митохондрий, в них отсутствует интактная мтДНК.
«Мы обнаружили, что каждый сперматозоид при оплодотворении действительно приносит около 100 митохондрий как органелл, но мтДНК в них нет», — заявил соавтор работы Шухрат Миталипов, директор Центра эмбриональной клеточной и генной терапии OHSU.
Исследователи выяснили, что сперматозоиды не только лишены интактной мтДНК, но и не содержат ключевого белка для её поддержания — фактора транскрипции митохондрий А (TFAM).
Ученые точно не знают, почему сперматозоидам «не разрешено» вносить мтДНК. Миталипов предполагает, что это может быть связано с тем, что сперматозоид тратит огромное количество митохондриальной энергии для оплодотворения яйцеклетки, что ведет к накоплению мутаций в мтДНК. В отличие от них, развивающиеся ооциты получают энергию в основном из окружающих клеток, а не от собственных митохондрий, поэтому сохраняют мтДНК в относительно «первозданном» состоянии.
«Яйцеклетки передают действительно хорошую мтДНК, по крайней мере отчасти потому, что они не используют митохондрии в качестве источника энергии», — пояснил Миталипов.
Около 100 органелл в сперматозоиде «затмеваются» сотнями тысяч митохондрий в каждой яйцеклетке, каждая из которых несет 37 генов мтДНК. Передача только материнской мтДНК, как полагают, дает эволюционное преимущество, ограничивая риск накопления мутаций, вызывающих заболевания у потомства.
Поскольку митохондрии контролируют дыхание и производство энергии в каждой клетке, мутации в мтДНК могут вызывать ряд потенциально смертельных расстройств, поражающих органы с высоким энергопотреблением (сердце, мышцы, мозг).
Чтобы помочь матерям с известными нарушениями мтДНК не передавать их детям, Миталипов разработал метод митохондриальной заместительной терапии для замены мутантной мтДНК с помощью ЭКО с использованием здоровой мтДНК из донорских яйцеклеток.
Конгресс США запретил Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) курировать клинические испытания этой процедуры в стране. Поэтому испытания проводятся за рубежом, включая клинические исследования в Великобритании (для профилактики заболеваний) и в Греции (для лечения бесплодия).
Авторы отмечают, что новое открытие имеет важное значение для изучения фертильности и терапии половых клеток.
«Понимание роли белка TFAM в процессе созревания сперматозоидов и его функции во время оплодотворения может стать ключом к лечению некоторых нарушений фертильности и повышению эффективности вспомогательных репродуктивных технологий», — заявил соответствующий автор работы Дмитрий Темиаков, молекулярный биолог из Университета Томаса Джефферсона.