Ученым до сих пор неизвестно, испытывает ли сперматозоид что-то вроде «радости» при встрече с яйцеклеткой, но под микроскопом ясно видно, как он начинает двигаться более активно и возбужденно.
Патрисия А. Мартин-Делион, специалист в области репродуктивного здоровья, заслуженный профессор биологии Университета штата Делавэр много раз наблюдала такое поведение сперматозоида в ходе изучения фертильности у мышей. Генетический код мышей наиболее близок к человеческому, а репродуктивный цикл намного короче.
Недавнее открытие д-ра Делион и ее команды может помочь многим парам в борьбе с бесплодием. Результаты исследования опубликованы в журнале «Journal of Biological Chemistry».
«Между фаллопиевой трубой и сперматозоидами существует связь, которая подготавливает их к последнему толчку перед встречей с яйцеклеткой», - рассказывает д-р Делион.
Лучшее понимание процесса оплодотворения поможет нам продвинуться в лечении бесплодия. После того, как созревшая яйцеклетка выходит из яичника в фаллопиеву трубу, выстилающие ее тонкие, похожие на волоски структуры подталкивают яйцеклетку к матке. Находясь в фаллопиевой трубе, яйцеклетка либо встречается со сперматозоидом и оплодотворяется, что должно произойти в течение 12-24 часов, либо, если оплодотворения не происходит, атрофируется и разрушается.
Д-р Делион с командой выявили особые частицы в секреции фаллопиевой труды, которые помогают сперматозоидам «подготовиться» к решающему рывку на пути к яйцеклетке. Ученые назвали эти тельца «овидуктосомы», от «овидукт» - фаллопиевая труба и «экзосомы» - крошечные структуры в организме человека, способствующие сохранению клеток.
Диаметр овидуктосом составляет всего 100 нанометров или, по-другому, одну десятимиллионную дюйма. Выработка этих телец в организме регулируется гормонами. Эти мельчайшие пузырьки прикрепляются к сперматозоидам до того, как те сольются с яйцеклеткой. Овидуктосомы передают сперматозоидам белки, действующие соответственно особому механизму под названием «кальциевая помпа».
«
Кальциевая помпа необходима сперматозоидам непосредственно перед оплодотворением», - говорит д-р Делион. «Сперматозоиды выбрасывают кальций и захватывают ионы водорода, что дает им силы для последнего рывка к яйцеклетке, а также способствует началу развития зиготы».
Свое открытие д-р Делион с коллегами совершили с помощью мощного стереоскопического микроскопа сверхвысокого разрешения, который университет приобрел в 2012 году. С помощью такого микроскопа, чей изобретатель получил Нобелевскую премию в 2014 году, ученые получили возможность наблюдать клеточные процессы с точностью до молекулы.
Ученые пометили овидуктосомы мышей мужского пола с помощью флуоресцентного красителя и поместили в питательную среду вместе со сперматозоидами. В течение часа овидуктосомы присоединились к поверхности сперматозоидов. Спустя 2-3 часа аккумуляция продолжалась, в основном овидуктосомы прикреплялись к головке и шейке (средней части) сперматозоида. Интегрины - трансмембранные клеточные рецепторы на поверхности сперматозоидов и овидуктосом способствовали слиянию.
«
Открытие овидуктосом, приближает нас к пониманию того, как женский организм помогает сперматозоидам достичь яйцеклетки», - говорит д-р Делион. «Мы надеемся, что полученные сведения будут способствовать повышению эффективности ЭКО».
Экстракорпоральное оплодотворение или оплодотворение in vitro в настоящее время проходит успешно в 32 % случаев. Семейная пара, потерпевшая неудачу в попытке завести собственного ребенка, может испытывать замешательство и разочарование. Даже если весь процесс проходит успешно, необходимо, чтобы до яйцеклетки добралось большое количество сперматозоидов, в то время как в естественных условиях все происходит как раз наоборот.
«Мы выяснили, что овидуктосомы являются носителями важнейших молекул, которые содержат не только белки, но и нуклеиновые кислоты, такие, как РНК, а также необходимые липиды», - говорит д-р Делион. «Мы надеемся, что сможем использовать эти свойства овидуктосом для улучшения результатов ЭКО».
В настоящее время д-р Делион с коллегами исследуют богатое белками содержимое овидуктосом, чтобы определить, что именно необходимо сперматозоидам для последнего рывка к яйцеклетке».
Кальциевая помпа необходима сперматозоидам, чтобы быстро понизить токсичность, связанную с высоким содержанием кальция. Кроме того, высокое скопление окиси азота в сперматозоидах может нанести вред ДНК.
«Мы надеемся, что наша работа позволит открыть гены или генные продукты, вызывающие бесплодие», - рассказывает д-р Делион. «Необходимо выявить белки, которые смогут повысить эффективность ЭКО. Это действительно новый шаг в области персонализированного медицинского подхода».
