Новое открытие показывает, как яйцеклетка контролирует проникновение сперматозоидов
После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом окружающая её оболочка (zona pellucida) уплотняется, механически предотвращая проникновение дополнительных сперматозоидов и последующую гибель эмбриона. К такому выводу пришло новое исследование учёных из Каролинского института, опубликованное в журнале Cell. Работа также объясняет, как мутации в белках оболочки яйцеклетки могут вызывать женское бесплодие и в перспективе привести к новым методам контрацепции.
Оплодотворение у млекопитающих начинается с прикрепления сперматозоида к оболочке яйцеклетки — филаментозной внеклеточной структуре, которую сперматозоид должен преодолеть для слияния с яйцеклеткой. Международная команда исследователей детально изучила структуру и функцию белка ZP2 — компонента филаментов оболочки, играющего ключевую роль в регуляции взаимодействия яйцеклетки и сперматозоида при оплодотворении.
«Было известно, что ZP2 расщепляется после того, как первый сперматозоид проникает в яйцеклетку, и мы объясняем, как это событие делает оболочку яйцеклетки более жёсткой и непроницаемой для других сперматозоидов», — говорит профессор Лука Йовин, руководивший исследованием. «Это предотвращает полиспермию — слияние нескольких сперматозоидов с одной яйцеклеткой, — что является фатальным условием для эмбриона».
Изменения в оболочке яйцеклетки после оплодотворения также критически важны для женской фертильности, обеспечивая защиту развивающегося эмбриона до его имплантации в матку. Новые знания могут иметь значение для разработки негормональных контрацептивов, нарушающих формирование оболочки яйцеклетки. Кроме того, исследование объясняет формы женского бесплодия, связанные с оболочкой яйцеклетки.
«Мутации в генах, кодирующих белки оболочки яйцеклетки, могут вызывать женское бесплодие, и таких мутаций обнаруживается всё больше, — объясняет Лука Йовин. — Мы надеемся, что наше исследование поспособствует диагностике женского бесплодия и, возможно, предотвращению нежелательных беременностей».
Важно, что исследование также показывает: часть ZP2, которая ранее считалась рецептором для сперматозоидов, не является необходимой для их прикрепления к яйцеклетке. Это ставит вопрос о том, что же является истинным рецептором для сперматозоидов на оболочке яйцеклетки, что исследователи планируют изучить в дальнейшем.
В работе исследователи комбинировали рентгеновскую кристаллографию и крио-ЭМ для изучения 3D-структуры белков оболочки. Взаимодействие сперматозоидов с яйцеклетками, несущими мутации в белке ZP2, функционально изучали на мышах, а ИИ-программа AlphaFold использовалась для предсказания структуры оболочки яйцеклетки у человека.