Ученые объяснили падение качества спермы

В сперматозоидах — половина генетического материала, необходимого для зарождения новой человеческой жизни. Успех процесса зависит от того, вырабатывает ли организм правильно развитые сперматозоиды, что часто определяется их формой. Так, в процедуре ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение) для оплодотворения яйцеклетки выбирают «самый красивый» сперматозоид правильной формы.

Оценить, как оптимальная форма сперматозоида влияет на его «работу», зачастую трудно из-за множества сопутствующих факторов. Вопросом занялась команда из Мичиганского университета (США). В исследовании, которое опубликовал журнал Nature Structural & Molecular Biology, ученые предложили возможную разгадку снижения способности спермы к оплодотворению.

У сперматозоидов есть уникальная особенность — для упаковки своего генетического материала они используют низкомолекулярные белки под названием протамины. У всех остальных клеток организма для этого служит другой вид белков — гистоны.

Протамины содержатся в ядрах сперматозоидов рыб, птиц и млекопитающих. У большинства млекопитающих вырабатывается несколько типов протаминов. В организме они должны поддерживаться в определенном соотношении — отклонения от него связаны с бесплодием.

На изучении ранее не учтенных особенностей протаминов, а также их значения для репродукции специалисты и сосредоточились. Они детально исследовали состав молекулярных последовательностей протаминов, чтобы понять, как вариации в белке влияют на его функцию.

Считается, что протамины обеспечивают более плотную упаковку хроматина (комплекса ДНК и белков) у сперматозоидов. Она нужна, чтобы защитить ДНК на пути клеток от мужского организма к женскому. Высокая плотность упаковки достигается за счет того, что протамины богаты аргинином — положительно заряженной аминокислотой, которая прочно связывается с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК.

Однако исследование показало, что протамины содержат еще и неаргининовые аминокислоты с неожиданными модификациями, которые химически меняют белки после их создания.

По словам научной сотрудницы лаборатории и соавтора исследования Линдси Мориц (Lindsay Moritz), наличие различных модификаций протаминов говорит о том, что они играют роль в упаковке хроматина сперматозоидов, а значит, влияют и на способность размножаться.

Используя мышей, ученые рассмотрели модификацию протамина, которая присутствует в зрелых сперматозоидах. Оказалось, попытка заменить ее на аминокислоту аланин, которая не модифицируется, снизила подвижность сперматозоидов, привела к появлению клеток неправильной формы и ухудшила способность к оплодотворению.

Специалисты планируют продолжить работу и детальнее изучить механизм упаковки в сперматозоидах, чтобы полностью воссоздать этот процесс в лаборатории. Такие исследования нужны потому, что на данный момент конкретные механизмы, делающие сперматозоиды непригодными для зачатия, неясны. А если врачи не знают, что именно делает мужскую сперму бесплодной, то им затруднительно и назначить лечение, и отбирать наиболее подходящие для ЭКО сперматозоиды.

Кроме того, как уже отмечал Naked Science, сегодня в мире идет процесс нарастающего падения качества семенной жидкости у людей. В наиболее развитых странах до 20% уже не могут самостоятельно (без ЭКО) зачать детей, и в будущем сходные (если не еще более высокие) показатели будут достигнуты по всему миру. Подобные условия делают изучение корней этих проблем чрезвычайно значимым с практической точки зрения.