Учёные выяснили, почему тепловой стресс повреждает сперматозоиды

Биологи из Университета Орегона использовали модельный организм Caenorhabditis elegans (нематода), чтобы определить молекулярные механизмы, вызывающие повреждение ДНК в сперматозоидах и способствующие мужскому бесплодию после воздействия тепла.

У людей оптимальная температура для производства сперматозоидов составляет чуть ниже температуры тела — около 32–35 °C. Исследования показали, что воздействие температуры всего на 1 °C выше этого нормального диапазона негативно влияет на мужскую фертильность.

Хотя феномен теплового бесплодия хорошо известен, лежащие в его основе механизмы, повреждающие сперматозоиды, до конца не изучены.

Ключевые результаты исследования:

  • У C. elegans увеличение температуры всего на 2 °C (3,6 °F) выше нормы привело к 25-кратному увеличению повреждений ДНК в развивающихся сперматозоидах по сравнению с контрольной группой.
  • Яйцеклетки, оплодотворённые такими повреждёнными сперматозоидами, не давали потомства.

Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показывает, что тепловой стресс нарушает контроль над мобильными генетическими элементами (транспозонами или "прыгающими генами") в развивающихся сперматозоидах.

Механизм повреждения:

  1. Движение транспозонов, которое в норме подавлено при развитии половых клеток, активируется под воздействием тепла специфически в сперматозоидах, но не в яйцеклетках.
  2. "Прыгающие гены" перемещаются и встраиваются в новые участки генома, оставляя после себя повреждения ДНК.
  3. С помощью микроскопии учёные наблюдали больше повреждений ДНК в сперматозоидах после теплового стресса, а секвенирование нового поколения (NGS) подтвердило, что после теплового шока определённые транспозоны обнаруживаются в новых и более вариабельных местах мужского генома.

Это открытие объясняет, почему развитие сперматозоидов (которое происходит при пониженной температуре) чувствительно к нагреву, а развитие яйцеклеток (в стабильной внутренней среде) — нет. Исследование даёт молекулярную основу для понимания влияния факторов среды, таких как горячие ванны или тесная одежда, на мужскую фертильность.