Дефицит таурина в сперматозоидах вызывает мужское бесплодие
Сперматозоиды — высокоспециализированные клетки, приспособленные для одной цели: оплодотворения яйцеклетки. На пути к этому они должны совершить длительное путешествие по женскому репродуктивному тракту, избегая нескольких смертельных стрессов при прохождении через разные физиологические среды. Однако механизмы, позволяющие сперматозоидам достичь оплодотворения в этих условиях, изучены лишь частично.
В исследовании, опубликованном в The FEBS Journal, учёные из Университета Цукубы и Корнеллского университета обнаружили регулятор объёма клетки в сперматозоидах, который играет ключевую роль в поддержании их формы и фертильности.
Большая часть массы клетки состоит из воды, которая определяет её объём. Клеточная мембрана проницаема, поэтому клетки могут поглощать или выделять избыток воды в зависимости от окружающей среды — явление, известное как осмос. Это свойство аналогично поведению губки: как и губка, впитывающая слишком много воды, изменения уровня воды могут резко изменить объём и, в конечном итоге, форму клетки.
«У клеток есть сенсорные механизмы, позволяющие им компенсировать изменения в осмотической среде, — говорит автор-корреспондент Ацуси Асано, доцент Университета Цукубы. — Без этих компенсаторных сенсоров клетки испытывали бы чрезмерные изменения объёма, ведущие к разрыву мембраны или другим морфологическим проблемам. Такой тип сенсора довольно распространён в клетках, но мы были удивлены, обнаружив его значительную роль в функции сперматозоидов».
Ранее было обнаружено, что самцы мышей, лишённые фермента цистеиндиоксигеназы (CDO), бесплодны. CDO — это белок, участвующий в синтезе аминокислоты таурина, которая, в свою очередь, играет роль в осморегуляции. Хотя эти факты не новы, точная роль CDO и таурина в оплодотворении долгое время оставалась предметом споров.
В этом исследовании учёные подтвердили, что самцы мышей без CDO действительно значительно чаще оказываются бесплодными по сравнению со здоровыми особями — более чем в 10 раз. Они также обнаружили резкое падение уровня таурина в сперматозоидах этих мышей. Это указывало на явную связь между двумя дефектами, но возникал парадокс: сперматозоиды не способны синтезировать белки, включая CDO. Как же тогда они получали таурин, столь критичный для их функции? Команда обнаружила, что вместо самостоятельного синтеза сперматозоиды поглощают таурин при прохождении через мужской половой тракт.
«Процесс поглощения, по-видимому, является важной стратегией выживания сперматозоидов во время оплодотворения, поскольку зрелые сперматозоиды не могут производить белки самостоятельно, — говорит соавтор Ай Усияма. — Эти данные убедили нас, что таурин необходим для процесса оплодотворения, но нам ещё предстояло выяснить, что именно он делает в сперматозоидах».
Исследователи обратили внимание на одну красноречивую деталь — необычный «изгиб» в хвосте сперматозоида. Сперматозоиды мышей с дефицитом CDO почти в два раза чаще имели неправильно изогнутый хвост при помещении в среду, подобную маточной. Примечательно, что дефект исчезал, когда сперматозоидам добавляли дополнительный таурин. Эти наблюдения позволили авторам сделать вывод, что, контролируя осмос, таурин помогает поддерживать правильную форму сперматозоидов во время оплодотворения.
«Наши результаты показывают, что выработка таурина с помощью CDO в мужском репродуктивном тракте и его поглощение сперматозоидами являются ключевыми механизмами мужской фертильности, — заключает Асано. — Мы полагаем, что по мере продвижения сперматозоидов через различные осмотические среды уровень таурина внутри клетки меняется, чтобы сбалансировать изменение клеточного объёма. Это предотвращает чрезмерные изменения формы, вызванные притоком или оттоком воды, позволяя сперматозоидам успешно завершить оплодотворение в сложных условиях окружающей среды».