Бесплодие — проблема, затрагивающая миллионы пар во всем мире, причем половина случаев связана с мужчинами. У 10% бесплодных мужчин наблюдается недостаточное производство или полное отсутствие сперматозоидов. Недавнее исследование, проведенное сотрудниками Института медицинских исследований Стоуэрса при содействии Центра клеточной биологии Wellcome, ассоциированного с Эдинбургским университетом, приоткрывает завесу над возможными дефектами в процессе формирования сперматозоидов и, тем самым, предлагает перспективные методы лечения.
Исследование, опубликованное 20 октября 2023 года в научном журнале Science Advances, авторство которого принадлежит лаборатории и оздоровительному центру Хоули Оуэна Дэвиса, доктора философии, может разъяснить причины недостаточного количества спермы для оплодотворения у отдельных мужчин.
У большинства видов, в том числе у человека, производство сперматозоидов и яйцеклеток требует точного формирования важной белковой структуры, аналогичной решетчатому мосту. Под руководством бывшего ученого Кэтрин Биллмайр, доктора философии, исследователи обнаружили, что у мышей изменение одной высокоспецифической точки в этой структуре приводит к ее разрушению, что в свою очередь вызывает бесплодие. Это дает понимание о человеческом бесплодии у мужчин из-за схожей проблемы с мейозом.
Мейоз — это процесс деления клеток, который приводит к образованию сперматозоидов и яйцеклеток, и включает несколько этапов. Один из них — формирование крупной белковой структуры, названной синаптонемным комплексом. Подобно мосту, этот комплекс удерживает пары хромосом в необходимом положении, обеспечивая важный генетический обмен для правильного разделения хромосом на сперматозоиды и яйцеклетки.
Предыдущие исследования анализировали разнообразные белки синаптонемного комплекса и их взаимодействие, выявляя различные мутации, связанные с мужским бесплодием. Белок, который ученые изучали в данном исследовании, формирует «решетку» омраченного моста, часть которой присутствует у людей, мышей и большинства других позвоночных. Это позволяет предположить, что он имеет ключевое значение для сборки. Моделирование разнообразных мутаций в потенциально важной области человеческого белка позволило команде предсказать, какие из них могут повредить его функцию.
Используя точную технику редактирования генов, исследователи внесли мутации в один из ключевых белков синаптонемного комплекса у мышей, что впервые позволило проверить функцию этих областей на живых животных. В итоге выявлена всего одна мутация, которая привела к бесплодию у мышей, как и предсказывалось в модельных экспериментах.
Мыши давно используются в качестве моделей заболеваний человека. Результаты экспериментов, основанных на последовательностях белков человека, а также высокая степень сохранности этой белковой структуры у различных видов подтверждают, что та самая молекула, которая вызвала бесплодие у мышей, вероятно, действует у людей аналогичным образом.
Для Хоули это исследование служит ярким доказательством универсальности Института. Лаборатория Хоули в основном занимается исследованиями на плодовых мушках. Тем не менее, белок, обнаруженный в этом исследовании, не присутствует у плодовых мушек, и для продолжения работы потребовался другой организм. Благодаря ресурсам и технологическим центрам института удалось оперативно проверить новую гипотезу о бесплодии на мышах.