Человеческие яйцеклетки сохраняют здоровье десятилетиями, переводя «батарейки в режим ожидания»

Незрелые человеческие яйцеклетки пропускают фундаментальную метаболическую реакцию, считающуюся необходимой для генерации энергии, согласно результатам исследования учёных из Центра геномной регуляции (CRG), опубликованного в журнале Nature.

Изменяя свою метаболическую активность, клетки избегают создания активных форм кислорода — вредных молекул, которые могут накапливаться, повреждать ДНК и вызывать гибель клетки. Результаты объясняют, как человеческие яйцеклетки остаются в состоянии покоя в яичниках до 50 лет, не теряя репродуктивной способности.

«Люди рождаются со всем запасом яйцеклеток, который у них будет в жизни. Поскольку люди также являются самыми долгоживущими наземными млекопитающими, яйцеклетки должны поддерживать безупречное состояние, избегая десятилетий износа. Мы показываем, что эта проблема решается путём пропуска фундаментальной метаболической реакции, которая также является основным источником повреждения для клетки. Как долгосрочная стратегия поддержания, это похоже на перевод батареек в режим ожидания. Это представляет собой совершенно новую парадигму, ранее не наблюдавшуюся в животных клетках», — говорит доктор Аида Родригес, первый автор исследования.

Человеческие яйцеклетки сначала формируются в яичниках во время внутриутробного развития, проходя разные стадии созревания. На ранних стадиях этого процесса незрелые яйцеклетки, известные как ооциты, входят в состояние клеточного ареста, оставаясь в покое в яичниках до 50 лет. Как и все другие эукариотические клетки, ооциты имеют митохондрии — «батарейки» клетки, — которые они используют для выработки энергии в этот период покоя.

Используя комбинацию методов визуализации в реальном времени, протеомики и биохимии, авторы исследования обнаружили, что митохондрии в ооцитах человека и Xenopus используют альтернативные метаболические пути для генерации энергии, ранее не наблюдавшееся в других типах животных клеток.

Комплексный белок и фермент, известный как комплекс I, обычно является «привратником», который инициирует реакции, необходимые для генерации энергии в митохондриях. Этот белок фундаментален, работая в клетках организмов от дрожжей до синих китов. Однако исследователи обнаружили, что комплекс I практически отсутствует в ооцитах. Единственным другим типом клеток, известных своей способностью выживать при пониженном уровне комплекса I, являются все клетки паразитического растения омелы.

Согласно авторам исследования, эта работа объясняет, почему у некоторых женщин с митохондриальными состояниями, связанными с комплексом I (такими как наследственная оптическая нейропатия Лебера), не наблюдается снижения фертильности по сравнению с женщинами с состояниями, затрагивающими другие митохондриальные дыхательные комплексы.

Результаты также могут привести к новым стратегиям сохранения овариального резерва пациенток, проходящих лечение от рака. «Ингибиторы комплекса I ранее предлагались в качестве лечения рака. Если эти ингибиторы окажутся перспективными в будущих исследованиях, они потенциально могли бы нацеливаться на раковые клетки, щадя ооциты», — объясняет доктор Элван Бёке, старший автор исследования.

Ооциты сильно отличаются от других типов клеток, потому что они должны балансировать между долголетием и функцией. Исследователи планируют продолжить эту работу, чтобы выяснить источник энергии, который ооциты используют во время длительного покоя в отсутствие комплекса I, с одной из целей — понять влияние питания на женскую фертильность.

«Каждый четвёртый случай женского бесплодия необъясним — это указывает на огромный пробел в наших знаниях о женской репродукции. Наша цель — обнаружить стратегии (такие как отсутствие комплекса I), которые ооциты используют, чтобы оставаться здоровыми в течение многих лет, чтобы выяснить, почему эти стратегии в конечном итоге терпят неудачу с возрастом», — заключает доктор Бёке.