Открытие иммуноподобной атаки яйцеклетки на митохондрии сперматозоида может помочь в лечении бесплодия
Новое исследование Института науки Вейцмана, опубликованное в Nature Communications, раскрывает механизм, с помощью которого яйцеклетка плодовой мушки целенаправленно уничтожает митохондрии («энергостанции») проникшего в неё сперматозоида. Это открытие проливает свет на давнюю загадку — почему практически у всех видов, включая человека, митохондрии наследуются исключительно от матери.
Работа, проведённая под руководством аспирантки Шарон Бен-Хур в лаборатории профессора Эли Арамы, подтверждает теорию активной элиминации отцовских митохондрий, а не их простого «разбавления» материнскими.
Механизм атаки
- Сразу после проникновения сперматозоида его хвост окружают и покрывают целые рои везикулярных кластеров, которые сливаются в единый везикулярный чехол.
- Затем эта крупная митохондриальная структура (у дрозофилы митохондрии сперматозоида слиты в один удлинённый орган) разрушается на фрагменты.
- Исследователи обнаружили, что везикулы чехла содержат молекулы, задействованные во врождённом иммунитете. На их поверхности в больших количествах присутствует белок Rubicon, играющий ключевую роль в иммунном пути LC3-ассоциированного фагоцитоза (LAP), обычно направленного против вторгающихся микробов.
- Финальный этап деградации, как и в иммунных клетках, выполняется лизосомами.
«Мы обнаружили, что яйцеклетка перепрофилирует путь врождённого иммунитета для уничтожения отцовских митохондрий. В каком-то смысле она рассматривает их как опасных нарушителей», — говорит Шарон Бен-Хур.
Значение открытия
- Эмбриональное развитие: Мутантные эмбрионы мух без белка Rubicon не могли разрушить отцовские митохондрии и развивались неправильно. Это указывает на критическую важность процесса для развития.
- Причины элиминации: Помимо теории о необходимости совместимости ядерного и митохондриального геномов, учёные предполагают, что отцовские митохондрии могут содержать вредные не-ДНК компоненты (например, РНК) или, наоборот, полезные малые молекулы, высвобождаемые при их разрушении.
- Эволюционная связь: Использование антимикробного механизма согласуется с гипотезой о бактериальном происхождении митохондрий.
Потенциал для репродуктивной медицины
Если аналогичный механизм подтвердится у млекопитающих, это может помочь усовершенствовать методы лечения бесплодия:
- ИКСИ (интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида): Сперматозоид, введённый искусственно, может не иметь маркеров, необходимых для запуска разрушения его митохондрий, которые он приобретает при естественном проникновении. Добавление таких маркеров потенциально может повысить успешность процедуры.
- Замена митохондрий (митохондриальный донор): Понимание механизмов разрушения поможет обеспечить правильную интеграцию донорских митохондрий в оплодотворённую яйцеклетку.
Science numbers
- Хвост сперматозоида дрозофилы имеет длину около 1,8 мм (примерно в 30 раз длиннее человеческого, который составляет около 60 мкм).
- Зрелая яйцеклетка млекопитающего содержит от 100 000 до 600 000 митохондрий, в то время как в одном сперматозоиде млекопитающего их всего от 50 до 75.
