Слияние половых клеток при оплодотворении — сложный процесс из нескольких разных этапов. Авторы новый статьи выяснили, что содержащийся в мужских половых клетках белок ферлин FER1L5 необходим в начале оплодотворения — без него проникновение сперматозоида в яйцеклетку невозможно.
Развитие нового организма начинается со слияния двух половых клеток — сперматозоида и яйцеклетки. У человека оно происходит в так называемых фаллопиевых трубах, а именно в той их части, которая обращена к яичнику.
Но перед этим сперматозоидам необходимо преодолеть долгий и трудный путь по довольно негостеприимной среде. Неудивительно, что подавляющее большинство мужских половых клеток гибнет раньше.
Для оплодотворения к яйцеклетке должно приблизиться достаточное количество сперматозоидов. Непосредственно внутрь женской половой клетки попадает геном только одного из них — за это отвечают особые защитные механизмы, блоки полиспермии. Единственный сперматозоид, который даст начало зародышу, должен сперва преодолеть два защитных слоя яйцеклетки — лучистый венец и блестящую оболочку. Для их растворения сперматозоид имеет при себе ферменты.
Биологи давно изучают оплодотворение, но в этом сложном и деликатном процессе до сих пор многое не ясно. Например, достаточно хорошо известна роль в нем ионов кальция, но для чего именно они нужны — не вполне понятно. Важный вклад в этот вопрос внесли исследователи из Японии в новой статье для Science Advances. В центре внимания — белок FER1L5, относящийся к группе ферлинов. Показано, что без него сперма самцов мышей практически не способна к оплодотворению яйцеклеток.
Авторы работы установили, что FER1L5 участвует в одной из стадий оплодотворения — акросомальной реакции. Так называют растворение небольшой части покровов женской половой клетки благодаря акросоме — небольшому включению в головке сперматозоида. По сути, это не что иное, как видоизмененная лизосома.
Для запуска акросомальной реакции как раз требуются ионы кальция, а также особые белки — так называемые рецепторы SNARE. Они способны связывать другие белки и тем самым обеспечивать слияние находящихся внутри клетки пузырьков (везикул) с мембраной на ее поверхности. Однако «связующее звено» между кальцием и белками SNARE удалось отыскать только сейчас — им как раз оказался белок FER1L5.
Все белковые молекулы из группы ферлинов имеют особые области (домены), нужные для захвата кальция, а также участок, которым молекула крепится к липидной мембране. Это и другие данные — в том числе об участии одного из ферлинов в оплодотворении у червя C. elegans — заставили ученых сосредоточиться именно на ферлинах. В качестве модельного организма они использовали мышей, у которых «выключили» (нокаутировали) гены одного из трех разных ферлинов.
Исследователи отметили, что все полученные грызуны вполне жизнеспособны и имеют нормальные анатомию и поведение. В то же время способность к оплодотворению у самцов мышей без одного из ферлинов — FER1L5 — была почти полностью утрачена.
Исследование тканей яичка этих бесплодных животных показало, что их сперматозоиды имеют нормальное строение и сохранили подвижность. Значит, они вполне способны добраться до яйцеклетки, но не могут ее оплодотворить, а точнее — запустить акросомальную реакцию.
При определенных ухищрениях (использование особых реагентов) сперматозоиды нокаутированных по FER1L5 грызунов все же проникали в яйцеклетку, но лишь в условиях пробирки, а не в живой мыши.
Далее ученые вновь модифицировали мышей, оставшихся без FER1L5, на сей раз «вернув» им этот ген, точнее — его новую копию. У самцов вновь появилась плодовитость, что убедительно показывает: изученный белок-ферлин необходим для акросомальной реакции и оплодотворения в целом.
Новые знания о тонкостях процесса слияния половых клеток могут пригодиться врачам — при диагностике мужского бесплодия (поиске его причин) и для лечения этого заболевания.