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:

  1. 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.
  2. 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.