Гормон беременности управляет сперматозоидами

Биологи нашли молекулярный «навигатор», без которого сперматозоид не может оплодотворить яйцеклетку. Ученые рассказали Infox.ru, что попутно выяснили, почему гипертоники становятся бесплодными, и наткнулись на противозачаточное нового поколения.

Сперматозоид – это клетка с неполным (гаплоидным) набором хромосом. Понятно, что при оплодотворении она не думает, куда идти и как быстро «вилять» хвостом. Однако поведение мужских половых клеток выглядит вполне осознанным: сперматозоиды «выбирают» одну из двух маточных (фаллопиевых) труб и, обгоняя друг друга, устремляются к яйцеклетке, «прогрызая» защитные барьеры женской гаметы.

Получается, что на клеточном и молекулярном уровне сперматозоид должен быть не только здоровым, расторопным и в меру эгоистичным. Мужская половая клетка должна уметь «ориентироваться на местности» и передвигаться целенаправленно -- к яйцеклетке, которая, высвободившись из яичника, перемещается в маточную трубу. Более того, сперматозоид просто обязан обладать недюжинной силой: «Яйцеклетка отделяется от яичника с «куском» половой железы (кумулюсными клетками), -- пояснила корреспонденту Infox.ru Полина Лишко (Polina V. Lishko), автор нового исследования, раскрывающего тайны навигации сперматозоидов. – Половой клетке приходится пробираться не только через защитную оболочку (zona pellucida), но и через целую «крепость» клеток яичника».

Гормон всемогущий

Уроженцы России и Украины Полина Лишко (Polina V. Lishko), Инна Бочкина (Inna L. Botchkina) и Юрий Киричок (Yuriy Kirichok), работающие в Университете Калифорнии в Сан-Франциско (University of California San Francisco), описали особенности навигационной молекулярной системы, без которой сперматозоиды могут заблудиться или обессилеть и не преодолеть систему защитных барьеров яйцеклетки.

Полина Лишко рассказала корреспонденту Infox.ru, что поведение сперматозоидов во многом зависит от гормона беременности (прогестерона), который вырабатывают яичники и кумулюсные клетки-спутницы. Известно, что прогестерон имплантирует зиготу, следит за генетической стабильностью и подготавливает матку к вынашиванию плода. А за прошедшее десятилетие биологи выяснили, что воздействуя на кальциевые каналы гормон еще и активизирует сперматозоиды, помогая им «ориентироваться на местности» и пробираться внутрь женской гаметы. Однако специалисты по клеточной и молекулярной биологии не знали, с помощью каких молекул гормон беременности помогает сперматозоидам.

Молекулярная навигация

Полина Лишко и ее коллеги обратили внимание на специфичный и недостаточно изученный порообразующий белок (ионный канал CatSper), который пронизывает мембрану сперматозоидного жгутика. Похожие белки -- это своеобразные «бублики», которые формируют дырку (пору) в клеточной мембране. Они присутствуют в каждой клетке. И одну из подобных молекул человек уже использует в качестве ДНК-томографа.

Но сам CatSper – уникальный и неповторимый: «CatSper – довольно сложная молекула, изученная на примере мышиных сперматозоидов. Работа молекулы CatSper зависит от внутриклеточного показателя pH (кислотности): как только понижается концентрация ионов водорода (Н⁺) внутри хвоста сперматозоида, канал CatSper активируется и впускает кальций (Ca²⁺). Эта реакция запускает асимметричное биение хвоста, за счет чего сперматозоид делает повороты и «вворачивается» в яйцеклетку, -- рассказала корреспонденту Infox.ru Полина Лишко. – Неравномерное биение хвоста спровоцировано кальциевой блокадой моторного белка, который обеспечивает хвост сперматозоида энергией АТФ».

Ранее ученые выяснили, что в человеческих сперматозоидах работают дополнительные, не характерные для мышей механизмы. И изучить эти молекулярные особенности можно только на человеческих половых клетках: «В других клетках есть его что-то очень похожее (аналогичные кальциевые каналы), но не такое же. А заставить какую-нибудь клетку экспрессировать CatSper невозможно», -- продолжила Полина Лишко.

Биологи объясняют, что CatSper прокачивает через мембрану хвоста Cs⁺, Na⁺ и Ca²⁺. Из-за ионного тока в некоторых частях клеточной оболочки изменяется потенциал – происходит электрический разряд. Прокачивая ионы через мембрану жгутика, CatSper провоцирует и увеличение концентрации кальция в головной части сперматозоида. Дополнительные ионы кальция «заставляют» сперматозоид высвободить содержимое пузырька «мордовой» части – акросомы. Содержимое акросомы и «переваривает» защитную оболочку (zona pellucida) -- мужская гамета проникает в яйцеклетку.

[v3]Так как активация белка CatSper оказывает на «поведение» сперматозоид такие же эффекты, как и прогестерон, ученые предположили, что гормон действует посредством ионного канала CatSper. В эксперименте со сперматозоидами человека биологи выяснили, что прогестерон действительно активизирует CatSper. Причем, наномолярных концентраций прогестерона достаточно, чтобы у мужской половой клетки задергался хвостик и высвободились «едкое» содержимое акросомы.

Команда Полины Лишко успешно испытала фармакологический препарат, который блокирует кальциевые каналы: CatSper «сломался» и сперматозоид не смог проникнуть в яйцеклетку. Правда, руководитель исследования отмечает, что кальциевыми блокаторами предохраняться не стоит: «Известно, что люди, которые лечат гипертонию блокаторами кальция (нифедипины, например), утрачивают фертильность. И иногда безвозвратно. Учитывая, что пора CatSper похожа и на кальциевые каналы сердечной мышцы, становится понятно, что причиной бесплодия мужчин-гипертоников могут быть блокаторы кальциевых каналов, которые «закупоривают» в том числе и CatSper. Сперматозоиды со «сломанным» ионным каналом лишаются «нюха» и «навигации», -- пояснила результаты эксперимента Полина Лишко.

«Мы хотим найти вещество, которое будет не блокировать канал, а предотвращать связывание прогестерона с CatSper. Именно эта молекула и станет контрацептивном нового поколения», -- продолжила Полина Лишко, пояснив, что противозачаточные свойства блокаторов кальция были задокументированы ранее.

Infox.ru следит за успехами Полины Лишко и ее коллег, чья статья Progesterone activates the principal Ca²⁺ channel of human sperm появилась на этой неделе в Nature.