У человека и многих других животных митохондрии — органеллы, которые служат «энергетическими станциями» клетки — наследуются только по материнской линии. Однако почему это происходит, ведь множество митохондрий есть «на борту» сперматозоида, резво плавающего именно за счет них? Авторы нового исследования показали, что ни один из них не имеет полноценного генома, который мог бы передаться по наследству.
Сперматозоиды в фаллопиевых трубах / © Steve Gschmeissner, Science Photo Library
Ученым давно известно, что после оплодотворения в зародыш попадают митохондрии только одного из родителей. Чаще всего «клеточные электростанции» наследуются от матери, хоть у некоторых животных (двустворчатые моллюски, овцы) в зародыш могут попасть митохондрии — а значит, и их собственный маленький геном — от отца.
Причины до недавнего времени были не вполне ясны. Биологи предполагали, что митохондриальная ДНК сперматозоидов быстро разрушается в зародыше за счет его иммунитета.
Теперь же авторы статьи для Nature Genetics выяснили, что это не так. Ученые показали, что хотя в сперматозоиде находятся 100 и более митохондрий, они все изначально лишены полноценного генома. Именно это и предотвращает его наследование.
К тому же в мужских половых клетках не оказалось специального белка, который необходим для нормальной работы митохондриальной ДНК — так называемого TFAM, митохондриального фактора транскрипции А.
Сложно сказать, зачем в процессе эволюции возник такой универсальный и строгий запрет на наследование митохондрий от отца. По словам авторов исследования, все дело в повреждениях генома, которые неизбежно возникают в интенсивно работающих митохондриях сперматозоида.
Действительно, ведь эта юркая клетка очень активно плавает, что требует много энергии. Ее обеспечивают те самые митохондрии в основании хвоста сперматозоида, которые от такой «работы на износ» производят множество свободных радикалов и повреждают свой геном.
Едва ли этот дополнительный груз мутаций поспособствует лучшей адаптации потомства. Поэтому эволюция оставила в живых тех животных, зародыши которых получают геном от «простаивающих» митохондрий яйцеклетки. Дело в том, что женская половая клетка живет главным образом за счет окружающих ее питающей клеток.
Значение новой работы не ограничивается общей и эволюционной биологией. Понимание того, как работает «обслуживающий» ДНК митохондрий белок TFAM в сперматозиодах, может помочь с лечением некоторых форм мужского бесплодия.
Ранее тот же коллектив ученых разработал митохондриальную заместительную терапию. Это метод, который позволяет женщинам с опасными мутациями в митохондриальной ДНК родить здорового ребенка. Для этого используется «пересадка» цитоплазмы (а значит, и митохондрий) от здоровой женщины-донора.
