Отцовские митохондрии (клеточные «электростанции») исчезают вскоре после оплодотворения практически у всех видов — от растений, размножающихся половым путем, грибов и насекомых до млекопитающих, включая человека. Согласно одной из теорий, отцовские митохондрии просто разбавляются гораздо более многочисленными материнскими. Это предположение не лишено оснований, поскольку материнских митохондрий гораздо больше: в зрелой яйцеклетке млекопитающего насчитывается от 100000 до 600000 митохондрий, а в одном сперматозоиде их всего 50-75.
Исследование: первое, что делает яйцеклетка, она «откусывает» сперматозоиду хвост
Ученые из Института Вейцмана показали, как яйцеклетка избавляется от митохондрий сперматозоида и объяснили, почему это происходит. Описанный механизм может помочь усовершенствовать процесс ЭКО.
Сперматозоид проникает в яйцеклетку https://sciencephotogallery.com/
Митохондриальная ДНК передается исключительно по женской линии. С этим связана теория происхождения всех людей от одной «митохондриальной Евы», жившей в Африке около 200 тысяч лет назад. Но почему в клетке нет отцовских митохондрий, ведь сперматозоид их приносит? Ученые попытались ответить на этот вопрос.
Но есть и другая гипотеза, согласно которой яйцеклетка агрессивно уничтожает митохондрии сперматозоида. Лаборатория профессора Эли Арама из Института Вейцмана в предыдущих исследованиях представила доказательства в пользу этой теории «активного уничтожения». Новое исследование, проведенное под руководством Шарон Бен-Хур, раскрыло молекулярный механизм этого процесса. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Атака на митохондрии
a Схема процесса. Слева — только оплодотворенная яйцеклетка. Везикулы связываются со жгутиком сперматозоида длиной 1,8 мм. В центре — поперечное сечение жгутика сперматозоида и тесно связанная с ним аксонему (зеленый), которые покрыты общей плазматической мембраной (серый) и тянутся по всей длине жгутика. Справа — увеличенное изображение везикул, окруживших жгутик.
b Снимок передней (верхней) области яйцеклетки, материнская часть которой экспрессирует специальные конструкции (зеленый). Яйцеклетка уже оплодотворена свернувшимся сперматозоидом (пурпурный). Везикулы покрывающие крупные жгутиковые сегменты, показаны белым цветом (наконечник стрелки). Масштабная линейка, 10 мкм.
Сперматозоиды плодовой мушки (дрозофилы) — одни из самых крупных в природе, что делает их хорошей моделью для подобных исследований. Мушка Drosophila bifurca вырастает до нескольких миллиметров, а сперматозоид у нее достигает почти 6 см — это в 20 раз длиннее самой мухи и в 1000 раз больше человеческого сперматозоида. Митохондрии сперматозоида дрозофилы не разбросаны хаотично, а скомпонованы вдоль хвоста. Но яйцеклетка плодовой мушки способна разрушить даже такое крупное образование.
Сперматозоид дрозофилы
Ученые показали, что как только сперматозоид проникает в яйцеклетку, его встречают целые рои везикул. Они покрывают хвост сперматозоида и разлагают его митохондрии на мелкие фрагменты.
«Мы обнаружили, что яйцеклетка использует врожденный иммунитет для уничтожения отцовских митохондрий. В некотором смысле она относится к ним как к опасным нарушителям», — говорит Бен-Хур.
Ученые объясняют, почему отцовские митохондрии должны быть уничтожены. «Одна из возможных причин заключается в том, что отцовские митохондрии могут содержать РНК и другие молекулы, которые вредны для эмбриона», — говорит профессор Арама.
Когда ученые создали эмбрионы мушек-мутантов, неспособные разрушать отцовские митохондрии, эмбрионы не смогли нормально развиваться.
Было начато исследование того, как процесс уничтожения отцовских митохондрий работает у людей. Ученые уже отметили определенное сходство: они обнаружили скопления везикул вблизи хвоста сперматозоида млекопитающего после оплодотворения. Если это сходство подтвердится в ходе дальнейших исследований, можно будет усовершенствовать современные методы ЭКО.