Фермент SPRK1 играет роль в реорганизации отцовского генома в процессе оплодотворения

Сперматозоид попадает в яйцеклетку, зародыш развивается, и наконец … рождается ребенок. Но вернемся на секунду назад – как материнский половинный набор генома фактически сливается с отцовским половинным, образуя один цельный новый человеческий геном? На самом деле, ученые не слишком много знают об этих относительно коротких, но важных, стартовых моментах оплодотворения.

Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что фермент SPRK1 участвует в первом этапе процесса при распутывании генома сперматозоида, словно выбрасывая специальные упаковочные белки, которые открывают отцовскую ДНК и позволяют провести серьезную реорганизацию – все это в течение нескольких часов.

Исследование опубликовано 12 марта 2020 года в Cell.

«В этом исследовании мы заинтересовались поиском ответа на фундаментальный вопрос о начале жизни. Но в процессе мы обнаружили этап, неисправность в котором может привести к трудностям для зачатия. Теперь, когда мы знаем, что SPRK1 играет здесь важную роль, его потенциальное влияние на формирование бесплодия может быть изучено дополнительно», – рассказывает Сян-Донг Фу (Xiang-Dong Fu), Ph.D, старший автор, заслуженный профессор кафедры клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего

Сперматозоид может быть до 20 раз меньше, чем нормальная клетка в организме. И хотя сперматозоиды несут в два раза меньше генетического материала, чем обычные клетки, их необходимо сложить и упаковать специальным образом. Один из способов сделать это – заменить гистоны – белки, вокруг которых наматывается ДНК, как бусинки на ожерелье, – другим типом белка, называемым протаминами.

Команда Фу долгое время изучала SPRK1 по совершенно другой причине: из-за его способности к сплайснгу РНК, важному процессу, который делает возможной трансляцию генов в белки. Ранее они показали, что SPRK1 чрезмерно активен при раке толстой кишки, что позволило им разработать ингибиторы для ослабления фермента.

Но в 1999 году, вскоре после того, как Фу опубликовал статью, в которой впервые была описана роль фермента в сплайсинге РНК, исследовательская группа в Греции отметила сходство в последовательности аминокислотных строительных блоков, составляющих субстраты SPRK1 (белки, на которые действует фермент), и протамина. Фу думал об этом годами, но у него не было опыта и инструментов для изучения развития сперматозоидов. В 2015 году Лан-Тао Гоу (Lan-Tao Gou), Ph.D, проходил собеседование на должность исследователя постдокторантуры, когда Фу понял, что благодаря опыту Гоу в сперматогенезе у него наконец появился подходящий человек для работы.

«Я сказал Лан-Тао, давайте сделаем то, чем до нас никто не занимался. У меня есть теория, а у вас есть опыт», – рассказывает Фу. «Таким образом, мы одолжили необходимое нам оборудование и использовали основные средства, имеющиеся у нас здесь, в Калифорнийском университете в Сан-Диего».

«И, что удивительно, все, что мы пробовали, подтвердило нашу гипотезу – SRPK1 «живет двойной жизнью», меняя местами протамины и гистоны, когда сперматозоид встречается с яйцеклеткой».

Согласно Фу, SPRK1, скорее всего, играет эту роль в раннем эмбриогенезе, а затем развивает способность сплайсировать РНК. Таким образом, SPRK1 остается на своем месте, даже когда он больше не нужен для эмбриогенеза.

Фу, Гоу и команда планируют также определить те сигналы, которые «инструктируют» сперматозоиды, как им синхронизироваться с материнским геномом.

«У нас сейчас есть масса новых идей», – поясняет Фу. «И чем лучше мы понимаем каждый шаг в процессе сперматогенеза, оплодотворения и эмбриогенеза, тем больше вероятность того, что мы сможем вмешаться, если системы работают неправильно для пар, борющихся с проблемами репродуктивного здоровья».

Источник: news-medical.net

Автор: Ани Газоян