Мембранный транспортер обеспечивает подвижность сперматозоидов
Специальные белки — мембранные транспортеры — имеют ключевое значение для подвижности сперматозоидов. Исследовательской группе из Центра биохимии Гейдельбергского университета (BZH) под руководством проф. Кристины Паулино впервые удалось с помощью крио-электронной микроскопии расшифровать структуру такого транспортера и его механизм.
По мнению учёных, эти результаты, опубликованные в Nature, позволят лучше понять молекулярные основы репродуктивной способности и в долгосрочной перспективе могут способствовать разработке новых подходов к лечению нарушений фертильности и новых методов специфической контрацепции.
Сперматозоиды принципиально отличаются по структуре и функции от других типов клеток. Их единственная задача — найти и слиться с яйцеклеткой. Полную активность сперматозоиды приобретают в процессе капацитации — созревания клеток в семенной жидкости. Один из заключительных этапов этого биохимического процесса — увеличение подвижности сперматозоидов. Если клетки не способны двигаться автономно или только ограниченно, результатом обычно является сниженная фертильность или полное отсутствие репродуктивной способности. Сперматозоиды не могут достичь и оплодотворить яйцеклетку.
В этом заключительном процессе созревания особую роль играют специальные белки, находящиеся в мембране сперматозоида. Известные как мембранные транспортеры, они отвечают за перенос, например, питательных веществ внутрь или из клетки. «Транспорт определённых ионов в клетку приводит к повышению подвижности сперматозоидов. По этой причине белки, ответственные за транспорт, напрямую связаны с фертильностью сперматозоида и, следовательно, с мужской репродуктивной способностью», — говорит Паулино. Её исследовательская группа в BZH работает с мембранными транспортерами морских ежей — модельной системой для изучения сперматозоидов.
С помощью крио-электронной микроскопии учёным теперь удалось расшифровать структуру важного мембранного транспортера сперматозоидов на молекулярном уровне. Среди прочего они обнаружили, как выглядят его функциональные единицы, как они соединяются и взаимодействуют.
«Мы наблюдали, что ключевой белок построен, как конструктор Lego, из разных строительных блоков. Эти блоки в основном известны из других белков, но никогда не наблюдались в такой комбинации. С помощью этой информации мы впервые смогли расшифровать механизм этого транспортера», — объясняет д-р Валерия Калиенкова из Университета Бергена (Норвегия), бывшая участница исследовательской группы Паулино.
По словам д-ра Мартина Петера, члена исследовательской группы Паулино, эти новые данные будут полезны на следующем этапе — разработке потенциальных веществ, влияющих на этот механизм. Они могут позволить активировать или деактивировать функции белков. Вопрос о том, в какой степени эти выводы можно перенести на механизмы человеческих сперматозоидов, потребует дальнейшего изучения. В долгосрочной перспективе они содержат потенциал для поиска новых способов лечения бесплодия или, наоборот, предотвращения оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом.