По словам Пабло Висконти, ведущего автора Университета Массачусетса в Амхерсте, до «таблеток для мужчин» еще далеко, но это новое фундаментальное знание о том, как сперма приобретает способность оплодотворять яйцеклетку, позволяя ученым блокировать или усиливать этот процесс, является в основе возможности контролировать это. Выводы международных исследовательских групп появятся в первых онлайн-изданиях в этом месяце Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) и Journal of Biological Chemistry (JBC), в которых одно исследование названо финалистом «Paper of the Week»."
Как вспоминает Висконти, ЭКО стало возможным благодаря открытию в 1950-х годах емкости сперматозоидов.
Сперматозоиды не могут оплодотворяться, пока они не проведут время в специализированной среде женского репродуктивного тракта, пройдя ряд биохимически деликатных стадий, известных как капситация. За последние 50 лет стало ясно не только то, что этот каскад передачи сигналов для емкостного образования включает множество стадий, но и что у каждого вида млекопитающих есть свои собственные различные и специфические требования для успеха.
То есть требования к ЭКО не универсальны, и требования к конкретным видам должны устанавливаться в индивидуальном порядке. Висконти говорит, что, например, существует большой интерес к использованию ЭКО у лошадей, но, несмотря на годы исследований, это чрезвычайно сложно, потому что слишком мало известно о требованиях к емкости сперматозоидов у лошадей. Биохимик добавляет, что многие биологи сейчас также заинтересованы в использовании ЭКО для сохранения исчезающих видов, но препятствия огромны, потому что каждая из них требует особых процедур.
По словам Висконти, было бы полезно лучше понять каскад событий, в которых часто возникают ошибки при ЭКО.
Проводя эксперименты со спермой мышей in vitro, он и его коллеги из Университета Массачусетса в Амхерсте, а также другие сотрудники из Медицинского колледжа Вейл Корнелл, Медицинской школы Гавайского университета, Японского медицинского университета Асахикавы, Национального университета Росарио и факультета медицины Аргентины и Университета национальной автономии Мексики сделали два открытия, которые должны помочь.
В исследовании PNAS исследователи экспериментировали с увеличением внутриклеточного кальция с помощью кальциевого ионофора A23187. Известно, что кальций играет роль в процессе емкости сперматозоидов на поздних этапах после того, как произошли многие более ранние этапы путей, которые зависят от растворимой аденилатциклазы, циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), протеинкиназы A (PKA) и других ферментных каскадов.
Однако основным недостатком добавления ионофора кальция является то, что он перегружает сперматозоиды и быстро обездвиживает их, отмечает Висконти. Но он и его коллеги обнаружили, что это можно обойти, просто смыв лишнее.
Таким образом, они в основном обходят ранние стадии конденсирования, применяя ионофор кальция, смывают его, и сперматозоиды продолжают конденсироваться.
В этих условиях, как сообщают авторы, обработанные ионофором сперматозоиды оплодотворяли 80 процентов яйцеклеток, из которых получилось нормальное потомство. Их данные показывают, что обработанные ионофором мышиные сперматозоиды могут оплодотворять яйцеклетки, даже когда сигнальный путь цАМФ / PKA ингибируется.
Висконти приписывает своим соавторам Хироюки Татено в Японии и Рюдзо Янагимачи на Гавайях идею смывать ионофор после использования. Он указывает: «Пока они не задумали это, никто не придумал этот трюк. Они провели первые эксперименты », – объясняет Висконти. «Позже наши эксперименты продемонстрировали, что, обрабатывая сперматозоиды ионофором кальция, мы активировали эти клетки далеко позади нормального биологического процесса. А когда ионофор смывается, сперматозоиды удерживают только необходимый им кальций.
Они самостоятельно регулируют оптимальную концентрацию кальция и готовы к работе."
Он добавляет: «Наша лаборатория в основном интересуется фундаментальной наукой о том, как сперма приобретает способность к оплодотворению, но одна интересная идея заключается в том, что этот ярлык предлагает некоторые трансляционные возможности для использования ионофора кальция в ЭКО. Этот ярлык может решить многие из сложных ситуаций, с которыми мы сталкиваемся при ЭКО, у многих видов."
В финалисте конкурса JBC «Бумага недели» Висконти и его коллеги, включая Ану Марию Саличони, обсуждают давний вопрос о наличии или отсутствии трансмембранных аденилилциклаз в высоко компартментализованной головке и хвосте сперматозоидов и их функциональных путях.
Саличони говорит: «Мы показываем, что правила производства цАМФ в голове и хвосте разные, а цели – разные. Основная цель в хвосте – ПКА. В голове цель пока не ясна, но это уж точно не ПКА.
Таким образом, пути цАМФ в голове и хвосте совершенно разные, что совершенно ново."
Используя методы биохимического анализа у мышей с нокаутом, Висконти и его коллеги показали, что, хотя растворимая аденилилциклаза (sAC) присутствует в хвосте, трансмембранные аденилилциклазы (tmAC) присутствуют в головном отделении сперматозоидов.
Эти ферменты участвуют в синтезе цАМФ, и неожиданно сигнальные пути с использованием этого второго мессенджера различаются в голове и хвосте.