Ученые раскрывают ключевые механизмы поддержания запаса яйцеклеток у млекопитающих

Самки млекопитающих рождаются с ограниченным запасом яйцеклеток, большинство из которых находится в спящем (дремлющем) состоянии до созревания в более позднем возрасте, что обеспечивает длительный период фертильности. Однако механизмы достижения и поддержания этого состояния во многом оставались загадкой.

Исследователи из отдела биологии и медицины стволовых клеток Университета Кюсю определили несколько необходимых условий для создания этого запаса дремлющих яйцеклеток у мышей, что дает важное понимание для развития репродуктивной биологии и медицины.

Работа, представленная в двух статьях, исследует проблему с двух разных сторон: создание дремлющих яйцеклеток из стволовых клеток мыши и поддержание спящего состояния в яичниках мышей.

Хотя ученые научились создавать яйцеклетки из стволовых клеток мышей in vitro, эти клетки быстро проходят через дремлющее состояние и начинают созревать. Условия для изначальной индукции длительного спящего состояния были неясны.

«Среда in vivo и in vitro сильно различается, поэтому мы искали способы воссоздать в лаборатории условия, необходимые для получения того же процесса роста, что и в природе», — говорит Со Шимамото, первый автор статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые сравнили химический состав яйцеклеток мышей на разных стадиях с яйцеклетками, выращенными in vitro. Они обнаружили признаки того, что in vivo яйцеклетки подвергаются воздействию пониженного количества кислорода и имеют повышенный уровень белка FOXO3.

Ограничив доступ кислорода к яйцеклеткам in vitro и одновременно увеличив количество FOXO3, исследователи получили клетки, очень похожие на дремлющие яйцеклетки из живых мышей.

«Это максимальное на сегодняшний день сходство между яйцеклетками, развившимися из стволовых клеток in vitro, и клетками, обнаруженными in vivo», — комментирует Кацухико Хаяси, руководитель группы.

Параллельно ученые исследовали, как поддерживается это спящее состояние. Они трансплантировали яичники мышей на разных стадиях развития взрослым мышам и сравнили различия между яичниками, сохранившими дремлющие яйцеклетки, и теми, которые их утратили.

Они обнаружили, что клетки, оставшиеся в спящем состоянии, были окружены более плотным внеклеточным матриксом (сетью молекул между клетками), который мог механически сжимать дремлющие яйцеклетки.

Обработка яичников для разрушения этого внеклеточного матрикса и снятия компрессии привела к появлению у яйцеклеток признаков выхода из спящего состояния. Более того, оказание давления на эти обработанные яичники вызывало у клеток признаки возврата в дремлющее состояние.

«Хотя эти наблюдения подтвердили нашу первоначальную идею о давлении как факторе, мы были удивлены, обнаружив, что под микроскопом ядра некоторых яйцеклеток также вращались», — объясняет Го Нагамацу, ведущий автор статьи в Science Advances.

Это вращение ядер, содержащих генетический материал клеток, также, по-видимому, играет роль в поддержании спящего состояния. Сжатие клеток индуцировало вращение ядер, а обработка клеток химическим веществом, ингибирующим вращение, приводила к признакам созревания даже под давлением.

«Используя несколько подходов, мы продвигаемся к лучшему пониманию этого критического аспекта репродукции. Однако эти результаты показывают, что здесь задействовано множество факторов, и мы, возможно, лишь царапаем поверхность», — говорит Хаяси.

«Мы надеемся, что знания, полученные в ходе этой и будущих работ, внесут вклад в развитие репродуктивной медицины».