Продукт гена Arrdc5 участвует в формировании сперматозоидов многих животных, а также людей. У мышей с неактивным геном Arrdc5 формировалось в 3,57 раза меньше сперматозоидов, и почти все из них имели дефекты в строении. Это привело к бесплодию у самцов. Полученные данные потенциально могут использоваться для разработки контрацептивов для мужчин. При этом такие препараты не будут влиять на гормональную и другие системы организма. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
При половом размножении примерно половина геномного материала, необходимого для создания потомства, поступает от сперматозоидов. Это мужские половые клетки, в строении которых выделяют головку, шейку и хвост. Нормально сформированный сперматозоид может передвигаться по женскому репродуктивному тракту и сливаться с яйцеклеткой. Генерация недостаточного количества сперматозоидов, нарушение их подвижности или строения снижают вероятность оплодотворения. При этом на данный момент еще недостаточно данных о молекулярных механизмах, которые регулируют процесс формирования сперматозоидов. Исследования в этой области позволят решить проблемы с бесплодием у людей и животных, а также, наоборот, разработать способы контрацепции, которые заменят кастрацию в животноводстве.
Ученые из Университета штата Вашингтон (США) исследовали, какие гены работают в яичках мышей, быков и свиней. Исследователи «профильтровали» более 10 тысяч генов через имеющиеся базы данных и остановились на гене Arrdc5, роль которого ранее не описывалась. Оказалось, что у животных и людей этот ген работает только в семенниках.
Чтобы понять, влияет ли Arrdc5 на формирование сперматозоидов, авторы получили мышей с неактивным геном. Такие животные спаривались с самками, но не оставляли потомства. Из этого ученые сделали вывод, что Arrdc5 необходим для мужской фертильности. При этом его дефицит не оказывал явного негативного воздействия на другие системы организма и не влиял на здоровье мышей.
Авторы исследовали причину бесплодия у животных. Для этого они собрали семенники и придатки яичек у взрослых особей и анализировали их ткани. Грубые аномалии не обнаружились, и размер семенников не отличался от нормы. То есть в отсутствии Arrdc5 формирование семенников после рождения и их поддержание во взрослом возрасте не нарушалось. Однако у самцов с неактивным Arrdc5 образовывались деформированные сперматозоиды: 98% из них имели аномальные головки и шейку. Кроме того, концентрация сперматозоидов достигала только 28% от нормы, а количество подвижных клеток снизилось в 2,8 раза. Дополнительный анализ показал повреждение ДНК. Таким образом, ученые показали, что Arrdc5 необходим для формирования морфологически нормальных сперматозоидов, а отсутствие гена приводит к бесплодию.
Кроме того, исследователи использовали сперму самцов, лишенных Arrdc5, при искусственном оплодотворении яйцеклеток здоровых самок. Сперматозоиды с неактивным Arrdc5 не созревали окончательно и не могли оплодотворить яйцеклетку. Однако некоторые из них все-таки с ней сливались, если ученые предварительно удаляли барьерные оболочки яйцеклетки.
Так как белок, кодируемый Arrdc5, влияет только на развитие сперматозоидов и не участвует в работе других систем организма, препарат, нацеленный на этот белок, мог бы использоваться в качестве обратимого контрацептива. Он позволит решить многие социальные проблемы, например снизит число непреднамеренных беременностей, которые, по данным Организации Объединенных Наций, составляют половину всех беременностей во всем мире.
«Исследование впервые идентифицирует этот ген как экспрессирующийся только в ткани яичек, нигде больше в организме, и он экспрессируется у множества видов млекопитающих. Когда этот ген инактивируется или ингибируется у мужчин, они производят сперму, которая не может оплодотворить яйцеклетку, и это главная цель для разработки мужских контрацептивов. Вы же не хотите лишить способности кого-либо производить сперму, достаточно просто остановить правильное производство сперматозоидов. Теоретически вы сможете отменить препарат, и сперматозоиды снова будут формироваться нормально», — рассказывают авторы исследования.
Автор: Анна Дегтярь.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
