Сперматозоиды — мастера упаковки в стиле «Тетрис»
Если вы снова жалуетесь, что чемодан слишком мал перед отпуском, вам стоит вдохновиться человеческими сперматозоидами. Во время их формирования клетки сталкиваются с почти невыполнимой задачей: упаковать 23 нити ДНК общей длиной в один метр в головку диаметром всего три тысячных миллиметра. При этом хрупкие нити не должны запутаться в нераспутываемый узел или порваться.
Мы часто садимся на чемодан, чтобы его закрыть. Организм прибегает к похожему трюку во время сперматогенеза. Обычно ДНК образует сравнительно рыхлый клубок. Однако в сперматозоидах она чрезвычайно сжата. «Если бы ДНК в нормальном состоянии занимала столько же места, сколько арбуз, то сперматозоиды были бы размером с теннисный мяч», — говорит профессор д-р Хуберт Шорле из Института патологии Университетской клиники Бонна.
ДНК должна быть чрезвычайно сжата
Биологи называют этот процесс гиперконденсацией. В рыхлом состоянии нити ДНК намотаны на многочисленные сферические белковые молекулы — гистоны. В таком состоянии они напоминают 23 крошечные нити бус. Во время гиперконденсации гистоны сначала заменяются переходными белками. На следующем этапе их заменяют так называемые протамины. Из-за своего химического состава протамины оказывают очень сильное притяжение на ДНК. Поэтому нить наматывается на протамин очень плотными и тугими петлями.
«Большинство млекопитающих, кажется, производят только один тип протамина, PRM1, — объясняет д-р Лена Арэвало, постдок в группе Шорле. — У людей, а также у грызунов, таких как мыши, всё иначе — у них есть второй тип, PRM2». До сих пор не было известно, для чего именно нужен этот второй протамин. Однако было известно, что некоторые его части в процессе развития сперматозоидов последовательно отрезаются.
Именно эти отрезанные части, согласно новому исследованию, опубликованному в PLOS Genetics, оказываются чрезвычайно важными. Когда мыши производят только укороченную молекулу PRM2, лишённую отрезанных фрагментов, они становятся бесплодными. «Удаление переходных белков во время гиперконденсации нарушается, — говорит Арэвало. — Кроме того, конденсация, по-видимому, происходит слишком быстро, что приводит к разрыву нитей ДНК».
Надежда на терапию против мужского бесплодия
Возможно, дефектный протамин 2 также может приводить к бесплодию у самцов нашего вида. Команда планирует далее исследовать эту гипотезу. «Существует лишь несколько исследовательских групп, которые анализируют роль протаминов в гиперконденсации», — говорит Шорле, который также является членом Трансдисциплинарной исследовательской области (TRA) «Жизнь и здоровье» Боннского университета.
«Мы — единственная в мире лаборатория, которой на сегодняшний день удалось создать и разводить линии мышей с дефицитом как PRM1, так и PRM2, которые теперь используются для изучения роли этих белков в сперматогенезе». В среднесрочной перспективе это также может привести к новым методам лечения мужского бесплодия, надеется исследователь.