Некоторые сперматозоиды отравляют своих конкурентов

Генетический фактор помогает сперматозоидам превзойти своих соперников.

   Конкуренция между сперматозоидами ожесточенная - все они хотят добраться до яйцеклетки, чтобы оплодотворить ее. Исследовательская группа из Института Макса Планка (Берлин) показывает на мышиной модели, что способность сперматозоидов двигаться непрерывно зависит от белка RAC1. Оптимальное количество активного белка повышает конкурентоспособность отдельных сперматозоидов, в то время как нарушенная активность может привести к мужскому бесплодию.

   Это буквально гонка за жизнь, когда миллионы сперматозоидов плывут к яйцеклеткам, чтобы оплодотворить их. Но разве чистая удача решает, какой из сперматозоидов преуспеет? Оказывается, между отдельными сперматозоидами есть различия в конкурентоспособности. У мышей "эгоистичный" и естественно возникающий сегмент ДНК нарушает стандартные правила генетического наследования - и присваивает сперматозоидам, содержащим его, коэффициент успешности до 99 %.
Группа исследователей Института молекулярной генетики им. Макса Планка описывает в статье, опубликованной в PLOS Genetics, как генетический фактор, называемый "т-гаплотип", способствует успешному оплодотворению сперматозоидов, несущих его.

   Исследователи впервые экспериментально показали, что сперматозоиды с т-гаплотипом более активны, т.е. движутся вперед быстрее, чем их "нормальные" сверстники, и тем самым определяют их преимущество в оплодотворении. Ученые проанализировали отдельные сперматозоиды и обнаружили, что большинство клеток, которые добились лишь незначительного прогресса на своем пути, являются генетически "нормальными", в то время как сперматозоиды, двигающиеся прямолинейно, в основном содержат т-гаплотип.
   Самое главное в том, что они связали эти различия в подвижности с молекулой RAC1. Этот молекулярный переключатель передает сигналы снаружи клетки вовнутрь, активируя другие белки. Известно, что молекула участвует в определении направления, например, лейкоцитов или раковых клеток - в клетки, излучающие химические сигналы. Новые данные позволяют предположить, что RAC1 может также играть роль в направлении сперматозоидов к яйцеклетке, "указывая" их путь к цели.

"Конкурентоспособность отдельных сперматозоидов, по-видимому, зависит от оптимального уровня активности RAC1; как сниженная, так и чрезмерная активность RAC1 препятствует эффективному движению вперед", - говорит Александра Амарал, первый автор исследования.

Т-сперма отравляет конкурентов

   "Сперматозоиды с т-гаплотипом способны вывести из строя другие сперматозоиды", - говорит Бернхард Херрман, соавтор исследования. "Фокус в том, что т-гаплотип "отравляет" все сперматозоиды, но в то же время производит противоядие, которое действует только в т-сперме", - объясняет ученый. "Представьте себе марафон, в котором все участники получают отравленную питьевую воду, но некоторые бегуны также принимают противоядие".

   Как он и его коллеги обнаружили, т-гаплотип содержит определенные генные варианты, которые искажают регуляторные сигналы. Эти искажающие факторы устанавливаются на ранней стадии сперматогенеза и распространяются на все сперматозоиды мыши, несущие т-гаплотип. Эти факторы являются "ядом", который нарушает поступательное движение.

   "Противоядие" вступает в действие после того, как набор хромосом равномерно распределяется между сперматозоидами в процессе их созревания - каждый сперматозоид теперь содержит только половину хромосом. Только половина сперматозоидов с т-гаплотипом производит дополнительный фактор, который отменяет негативный эффект искажающих факторов. И этот защитный фактор не распределяется, а сохраняется в т-сперме.

Т-сперматозоиды не имеют никакого преимущества, когда они сами по себе

   В сперме мышей самцов с т-гаплотипом только в одной из их двух хромосом 17, исследователи обнаружили, что некоторые клетки движутся вперед, а некоторые добиваются лишь небольшого прогресса. Они протестировали одиночные сперматозоиды и обнаружили, что генетически "нормальные" сперматозоиды - это те, которые в основном не могут двигаться прямо. Когда они обрабатывали смешанную популяцию сперматозоидов веществом, которое ингибирует RAC1, они заметили, что генетически "нормальные" сперматозоиды теперь также были в состоянии двигаться поступательно. Преимущество т-сперматозоидов исчезло, продемонстрировав, что аберрантная RAC1-активность нарушает прогрессивную моторику.

   Результаты объясняют, почему мыши-самцы с двумя копиями т-гаплотипа, по одной на каждой из двух хромосом 17, бесплодны. Они производят только сперму, несущую т-гаплотип. Эти клетки имеют гораздо более высокий уровень активности RAC1, чем сперматозоиды генетически нормальных мышей и являются почти бесплодными.
Но сперматозоиды нормальных мышей, обработанных RAC1-ингибитором, также потеряли способность к поступательному движению. Таким образом, слишком низкая активность RAC1 также является неблагоприятной. Аберрантная активность RAC1 может также быть причиной определенных форм мужского бесплодия, полагают исследователи.

   "Наши данные подчеркивают тот факт, что сперматозоиды являются беспощадными конкурентами", - говорит Херрманн. Кроме того, пример т-гаплотипа демонстрирует, как некоторые гены используют довольно грязные ухищрения, чтобы сперматозоиды могли двигаться. "Генетические различия могут дать отдельным сперматозоидам преимущество в гонке за жизнь, тем самым способствуя передаче определенных вариантов генов следующему поколению", - говорит ученый.