Как яйцеклетки хранят белки для начала новой жизни

Исследователи под руководством Мелины Шух из Института мультидисциплинарных наук Макса Планка вместе с коллегами из Гёттингена выяснили, как яйцеклетки хранят белки, необходимые для питания раннего эмбриона. Их работа, опубликованная в журнале Cell, также проливает свет на то, как ошибки в хранении белков могут приводить к бесплодию. Ключевую роль в этом играют структуры яйцеклетки, озадачивавшие учёных более 60 лет.

Хранилище белков для раннего эмбриона

С помощью методов визуализации учёные показали, что белок PADI6 и белковый комплекс Subcortical Maternal Complex (SCMC) являются основными компонентами структур, заполняющих внутренность яйцеклетки, — так называемых цитоплазматических решёток (cytoplasmic lattices).

Когда исследователи удалили белки PADI6 и SCMC из яйцеклеток мыши, цитоплазматические решётки исчезли. Это имело фатальные последствия: яйцеклетки лишились белков, необходимых раннему эмбриону, и его развитие останавливалось вскоре после оплодотворения. Это позволило предположить, что решётки служат хранилищем белков.

Какие белки хранятся

С помощью масс-спектрометрии и биоинформатики учёные определили белковый состав решёток. Оказалось, что они связывают множество белков, критически важных для эмбрионального развития. Это подтвердило гипотезу: цитоплазматические решётки — это белковые хранилища яйцеклетки, снабжающие ранний эмбрион жизненно важными белками.

Белки PADI6 и SCMC берут на себя задачу по сбору и хранению белков для раннего развития. Это объясняет, почему эмбрионы перестают развиваться при отсутствии или дисфункции этих белков.

Потенциальный подход к лечению бесплодия

В экспериментах команде удалось искусственно вернуть отсутствующие белки решёток в растущие яйцеклетки мыши. Этот подход может позволить восстановить цитоплазматические решётки в дефектных человеческих яйцеклетках. Это может стать новым методом лечения бесплодия, вызванного мутациями в генах PADI6 и SCMC, которые являются одной из самых частых генетических причин женского бесплодия.

Методический прорыв: замороженные яйцеклетки под микроскопом

Расшифровать функцию загадочных решёток мешали размер яйцеклеток (крупнейших клеток млекопитающих) и отсутствие методов. Прорыв стал возможен благодаря сочетанию высокоточной световой микроскопии и крио-электронной томографии (cryo-ET), позволяющей изучать молекулярные структуры в 3D в почти естественных условиях.

Для cryo-ET клетки нужно быстро заморозить. Исследователи использовали проверенный трюк из репродуктивной медицины: те же криопротектанты, которые клиники используют для заморозки яйцеклеток при искусственном оплодотворении. Это позволило достичь необходимой скорости заморозки.

Новая методика открывает путь к детальному изучению структуры цитоплазматических решёток и, как надеются учёные, к новым терапевтическим подходам в будущем.