У млекопитающих, включая людей, сперматозоиды удивительно привередливы к нагреву — лучше всего они развиваются при температуре на несколько градусов ниже нормальной температуры тела. Но учитывая, что женские репродуктивные пути гораздо теплее, остается не вполне ясным, как этим «не переносящим жары пловцам» удается оплодотворить яйцеклетку в таких условиях.
Ответ нашли на медицинском факультете Вашингтонского университета в Сент-Луисе (WashU): более высокие температуры, такие как в женских половых органах, запускают специфический сигнал, активирующий сперматозоиды, благодаря чему они меняют свое поведение с относительно плавных движений, используемых для навигации, на резкие и извивающиеся, необходимые для проникновения в яйцеклетку для оплодотворения. Открытие этого триггера может быть полезным в разработке контрацептивов для мужчин и методов лечения мужского бесплодия.
Работу активируемого температурой белка-переключателя, общего для всех млекопитающих, изучили на мышах. С подробностями экспериментов и их результатами можно ознакомиться на страницах Nature Communications.
«Это гиперактивное состояние сперматозоидов критически важно для успешного оплодотворения, но никто точно не знал, как температура его запускает. Наша работа выявила температурно-контролируемый переключатель в сперматозоидах, который активирует эти усиленные движения именно тогда, когда они необходимы для оплодотворения», — пояснила профессор клеточной биологии и физиологии Полина Лишко из WashU.
На поверхности сперматозоидов всех млекопитающих есть белок CatSper. Он контролирует поступление частиц, необходимых для гиперактивных движений хвоста-жгутика, с помощью которого «пловец» перемещается к цели. Считалось, что CatSper активируется комбинацией уровня pH в женских репродуктивных путях и, у приматов, прогестероном — женским репродуктивным гормоном. Эта теория не полностью подтверждалась, поскольку большинство сперматозоидов млекопитающих не реагируют на прогестерон. Значит, должен существовать другой фактор, включающий переключатель CatSper, предположили ученые.
Самой вероятной причиной им показалась температура. Не зря же эволюция млекопитающих разработала изобретательные способы поддерживать мужские половые органы в холоде. Например, дельфины охлаждают кровь, направляемую к внутренним семенникам, пропуская ее через спинной плавник; слоны используют аналогичную систему, остужая кровь через уши. Большинство других млекопитающих, включая людей, производят и хранят сперму в яичках вне тела. В половых клетках животных без таких охлаждающих механизмов, например птиц, белков CatSper просто нет.
Используя микроинструменты и методы, изначально разработанные для изучения клеток мозга, Лишко и ее коллеги наблюдали характер электрических зарядов, специфичных для активации CatSper в отдельных сперматозоидах. Зафиксированы четкие всплески, когда температура вокруг клетки превышает 38 °C. При активации CatSper движения сперматозоидов меняются с относительно плавных на гиперактивные, необходимые для оплодотворения.
Понимание роли температуры в фертильности может помочь улучшить мужскую контрацепцию и лечение бесплодия. Поскольку CatSper присутствует только в сперматозоидах, воздействие на него не повлияет на другие функции организма. Были попытки разработать контрацептивы, деактивирующие его, но, по словам Лишко, они пока не очень эффективны. Новые открытия могут подсказать другие подходы.
«Вместо создания ингибиторов, можно было бы активировать CatSper с помощью температуры, преждевременно включая этот канал, чтобы истощить энергию сперматозоидов. Тогда к моменту, когда сперматозоид будет готов выполнить свою задачу и проникнуть в яйцеклетку, он окажется бессильным», — заключила профессор.
Физики раскрыли механизм движения сперматозоидов — видео
Сперматозоид и яйцеклетка соединяются словно ключ и замок — открытие