Белок FER1L5 необходим сперматозоиду, чтобы проникнуть в яйцеклетку

Для оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом должна произойти так называемая акросомная реакция. В передней части головки сперматозоида находится лизосомоподобная структура, называемая акросомой. Она содержит гидролитические ферменты, в том числе гиалуронидазы, протеазы, фосфатазы, арилсульфатазы и фосфолипазы. При акросомной реакции наружная мембрана акросомы и клеточная мембрана сперматозоида сливаются, формируются пузырьки, отделяющиеся от головки. Ферменты расщепляют участок оболочки яйцеклетки, что позволяет сперматозоиду преодолеть барьер.

Молекулярный механизм, регулирующий акросомную реакцию, до сих пор оставался не до конца ясным, известна была только необходимость в ионах кальция. В новой работе исследователи из Университета Осаки, Япония, нашли недостающее молекулярное звено реакции.

Ионофоры Ca2+, такие как A23187, являются мощными индукторами акросомной реакции. A23187 способен индуцировать акросомную реакцию у целого ряда мутантных сперматозоидов. Са2+-активируемая акросомная реакция, предположительно, опосредована белками рецепторов связывания растворимых N-этилмалеимид-чувствительных белков (soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment receptor, SNARE). Комплексы SNARE служат рецепторами связывания цитозольных белков SNAP и NSF и участвуют в слиянии внутриклеточных везикул с клеточной мембраной. Тем не менее, молекула, которая связывает кальций и белки SNARE в акросомной реакции, оставалась неизвестной.

В экспериментах на мышах ученые выяснили, что белок, известный как FER1L5, член семейства ферлинов, необходим для обеспечения мужской фертильности и протекания акросомной реакции.

Трансмембранный белок Fer1L5 относится к семейству ферлинподобных белков. Каждый белок этого семейства содержит несколько кальций-связывающих доменов и С-концевой трансмембранный домен, отвечающий за связывания белка с мембраной. Ферлиноподобные белки имеют гомологию с белком FER-1 нематоды Caenorhabditis elegans. Экспрессия белка FER-1 у C. elegans происходит в первичных сперматоцитах, где он необходим для созревания подвижных сперматозоидов. FER-1 опосредует кальций-зависимое слияние мембран внутриклеточных органоидов с плазматической мембраной. Кроме того, было показано, что FER-1 нужен не только для слияния мембран, но и инициации амебоидного движения. (В отличие от млекопитающих, сперматозоиды C. elegans движутся подобно амебам.)

У мышей идентифицировано шесть белков семейства ферлинов, сходных с FER-1: дисферлин (DYSF), отоферлин (OTOF), миоферлин (MYOF), FER1L4, FER1L5 и FER1L6. Чтобы выяснить, участвуют ли эти белки в функционировании сперматозоидов млекопитающих, авторы создали серию мутантных мышей, у которых отсутствовал один из белков семейства ферлинов — FER1L4, FER1L5 или FER1L6. Каждая мутантная мышь была жизнеспособной и не имела серьезных отклонений во внешнем виде или поведении. Ранее уже было показано, что нокаутные мыши демонстрируют мышечную дистрофию при дефиците дисферлина, глухоту при дефиците отоферлина и аномальный миогенез при недостатке миоферлина.

Затем авторы проанализировали мужскую фертильность, скрещивая каждого мутантного самца с самками дикого типа. Они установили, что фертильность самцов с нокаутом FER1L5 была нарушена. Авторы провели экстракорпоральное оплодотворение и обнаружили, что в отсутствие FER1L5 сперма самцов мышей не оплодотворяла яйцеклетки. При этом фертильность самок мышей, лишенных FER1L5, не изменялась. Для того, чтобы выяснить причину нарушения мужской фертильности у мышей с мутацией FER1L5, ученые проанализировали срезы яичка. У мутантных самцов не было обнаружено явных аномалий. Кроме того, не наблюдалось различий в морфологии сперматозоидов или параметрах их подвижности между контрольными и мутантными мышами. Мутантные по FER1L5 сперматозоиды могли мигрировать по репродуктивным путям самок и достигать яйцеклеток, но акросомная реакция не происходила.

Затем ученые проанализировали акросомную реакцию in vitro и показали, что в сперматозоидах, лишенных FER1L5, не происходит акросомная реакция даже под воздействием A23187. Однако in vivo несколько детенышей от мутантных самцов получить все же удалось. Нарушение акросомной реакции у мутантных сперматозоидов было устранено с помощью трансгена FER1L5. По мнению авторов, это позволяет предположить, что FER1L5 имеет решающее значение именно для реализации акросомной реакции.

Результаты показывают, что белки ферлины необходимы для поддержания мужской фертильности у нематод и у мышей, несмотря на то, что их сперматозоиды выглядят и передвигаются по-разному. Известно, что белок FER1L5 присутствует в сперме человека. По мнению авторов, дальнейшее исследование механизмов, регулирующих акросомную реакцию, поможет разработать новые методы диагностики и лечения мужского бесплодия.

Обнаружен ключевой фактор активации генома зиготы у мышей