Понимание молекулярного процесса производства спермы может пролить свет на мужское бесплодие
Ученые из Ратгерского университета в Нью-Брансуике и их коллеги обнаружили, что генетическая мутация у мышей влияет на клетки, необходимые для полового размножения, и содержит информацию о мужском бесплодии, которая может проложить путь к новым методам лечения и мужским контрацептивам.
В своей статье в журнале Nature Communications исследователи под руководством Деванши Джайна, доцента кафедры генетики Школы искусств и наук, рассматривают фундаментальный вопрос о том, как у людей и животных развиваются половые клетки , из которых затем формируются сперматозоиды.
«Мы обнаружили, что когда мышиные половые клетки не соединены друг с другом должным образом межклеточными мостиками — связями между клетками, которые обеспечивают коммуникацию и обмен ресурсами, — они не способны завершить многие процессы, необходимые для развития и выживания, такие как репликация ДНК и восстановление разрывов ДНК», — сказал Джайн.
В Соединенных Штатах более 11% мужчин в возрасте до 49 лет бесплодны. Хотя причины разнообразны и варьируются от инфекций до гормонального дисбаланса, основной причиной являются деформации во время мейоза — специализированного процесса деления клеток, в результате которого образуются сперма и яйцеклетки. Лаборатория Джейна специализируется на выявлении и изучении мейотических дефектов у мышей.
Эти результаты дополняют ряд исследований, направленных на расшифровку репродуктивных дефектов, в частности, на изучение того, как репродуктивные клетки восстанавливают повреждения ДНК.
«Заполнение этих пробелов в знаниях поможет нам понять генетическую основу бесплодия, которую нам необходимо знать, чтобы иметь возможность разрабатывать методы лечения, улучшать диагностику или даже когда-нибудь успешно воспроизводить этот процесс развития in vitro», — сказала она.
Будущие исследования могут даже помочь разработать мужской контрацептив.
«Однажды мужчины, возможно, смогут получить небольшую молекулу, которая обратимо истощает сперму», — сказал Джайн.
Исследователи давно поняли, что клеточная связь через межклеточные мостики важна для производства спермы. Они также поняли, что ген яичек, TEX14, помогает модулировать образование межклеточных мостиков. Когда этот ген отсутствует, межклеточные связи не формируются должным образом, что приводит к блокировке мейоза, что приводит к бесплодию.
То, что оставалось плохо понятым, — это точные роли, которые межклеточные мостики играют в мейозе, и то, что делало их столь незаменимыми. Это исследование заполняет некоторые из этих пробелов.
Джейн и его коллеги сравнили мышей с полностью нефункциональным геном TEX14, то есть без межклеточных мостиков, с мышами с новой мутацией TEX14, которая приводит к частичному истощению мостиков. Это позволило исследователям «препарировать функции» межклеточных мостиков в процессе мейоза, сказал Джейн.
«Накопление дефектов, накопленных во время мейоза у мышей с дефектными межклеточными мостиками, приводит к гибели зародышевых клеток, что приводит к бесплодию. Наши результаты показывают, что правильная регуляция мейоза требует клеточной связанности, и устанавливают новую основу для того, как мы думаем о его контроле в мужской зародышевой линии».
Полученные результаты расширяют понимание исследователями мужского бесплодия , проливая свет на ряд сложных переходных процессов клеточного развития, которые завершаются выработкой спермы.
Мыши — не единственные существа, зависящие от этих «цитоплазматических каналов» для полового размножения. У мух также есть межклеточные мосты для обмена информацией и ресурсами, а другие виды демонстрируют схожие методы связи во время мейоза.
«Связь зародышевых клеток, по-видимому, является важнейшей частью развития зародышевых клеток», — сказал Джайн.
Тем не менее, предстоит еще многому научиться, прежде чем эти научные препятствия будут преодолены.
«Ни один ген не решит проблему мужского бесплодия; в правильном протекании мейоза участвуют сотни генов», — сказал Джейн. «Это всего лишь еще один кусочек в очень сложной головоломке».