Ученые из Университета Толедо обнаружили новое движение в сперме, которое открывает инновационные возможности для диагностики и терапевтических стратегий при мужском бесплодии. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что нетипичная центриоль в шейке сперматозоида действует как система передачи, которая контролирует подергивание головки сперматозоида, механически синхронизируя движение хвоста сперматозоида с новым движением головки.

Центриоль исторически считалась жесткой конструкцией, которая действует как амортизатор.

"Мы считаем, что нетипичная центриоль в шейке сперматозоида-это эволюционное новшество, функция которого состоит в том, чтобы заставить вашу сперму двигаться лучше", - сказал доктор Томер Авидор-Рейсс, профессор биологических наук в Колледже естественных наук и математики УТоледо. "Репродуктивный успех зависит от способности сперматозоидов преодолевать барьеры женских репродуктивных путей, превосходя своих конкурентов в оплодотворении яйцеклетки."

Исследование, проведенное кандидатом наук Сушилом Ханалом, основывается на предыдущем новаторском открытии лаборатории в человеческой сперме, которое изменило догму репродуктивной биологии: отец жертвует не одну, а две центриоли через сперму во время оплодотворения, и недавно обнаруженная структура спермы, называемая атипичной центриолью, может способствовать бесплодию, выкидышам и врожденным дефектам.

"Вместе эти исследования требуют пересмотра нашего понимания центриолей сперматозоидов как при движении сперматозоидов, так и в раннем эмбрионе",-сказал Авидор-Рейсс.

Авидор-Рейсс считает, что это открытие может открыть двери для новых возможностей, чтобы помочь семьям понять, почему у них могут возникнуть проблемы с беременностью.

Если головка и хвост сперматозоида не движутся вместе, сперматозоид не будет двигаться достаточно эффективно, чтобы добраться до яйцеклетки.

"Если центриоль дефектна, то эта связь между хвостом сперматозоида и головкой будет дефектной",-сказал Авидор-Рейсс. "У пациента, когда мы не знаем, что не так, потенциально мы можем посмотреть на то, как движется хвост сперматозоида, и перепроектировать его, чтобы определить функциональность центриоли, чтобы определить бесплодие пары."

Он также сказал, что обнаружение этого движения может быть использовано в будущем для прогнозирования того, какие сперматозоиды имеют хорошую центриоль, которая может поддерживать жизнь.

"Прямо сейчас люди не знают, что исправить",-сказал Авидор-Рейсс. "Мы можем точно определить проблему. Эти знания позволяют нам идентифицировать подгруппу бесплодных мужчин, которая ранее не была выявлена."

Новое исследование показывает, что в сперме млекопитающих имеется каскад внутренних скользящих образований в атипичной дистальной центриоле шеи, типичной проксимальной центриоле и окружающем материале, который связывает биение хвоста с асимметричным изгибом головы.

Используя иммунофлуоресцентный микроскоп STORM в Центре приборостроения УТоледо, исследователи смогли показать, что левая и правая стороны атипичной центриоли перемещаются примерно на 300 нанометров относительно друг друга. Хотя это небольшое число, оно отмечает резкое движение в клетке, учитывая, что средний диаметр белка составляет пять нанометров.

Аспирант Люк Ачингер, недавно окончивший УТоледо со степенью бакалавра по биологии, пел на басу в главном хоровом ансамбле университета в качестве студента и написал тексты о новом открытии своей лаборатории, объяснив, как работает новое движение в песне под названием "Дергайся, катись и рыскай"."

"Мы любим продвигать науку и искусство, и в этом случае мы показываем, что сперма бьется в единстве. Головка сперматозоида не изолирована от хвоста. Шея, включая атипичные и типичные центриоли, может действовать как морфологический компьютер, или мозг сперматозоидов, который координирует движение сперматозоидов",-сказал Авидор-Рейсс.

"Песня-это творческий способ понять большие перемены. Центриоль всегда выглядела одинаково в течение последнего миллиарда лет. Это одна из самых консервативных структур в клетке. Мы нашли что-то другое, что функционирует противоположным образом, эволюционируя от амортизатора к системе передачи."

Это исследование было международным сотрудничеством с лабораторией доктора Цвии Зеева-Бен-Мордехая в Утрехтском университете в Нидерландах, которая провела современную криоэлектронную микроскопию шейки сперматозоида, и Гермесом Блумфилдом-Гаделью из Бристольского университета в Соединенном Королевстве, который выполнил математический анализ и анализ формы волны.

ИСТОЧНИК