Исследованы молекулярные механизмы старения яичников приматов

Исследователи из США и Китая описали биомаркеры старения яичников у приматов, включая человека, и проследили за молекулярными механизмами возрастного снижения фертильности. Статья с результатами их работы опубликована в журнале Cell. Гуан-Хуэй Лю из Института зоологии Китайской академии наук, ведущий автор статьи, и его коллеги использовали для этого анализ транскриптома отдельных клеток ячников. Схема опыта представлена на рисунке.

Способность к зачатию снижается у женщины уже за несколько лет до наступления менопаузы, вместе с тем молекулярные механизмы угасания фертильности до сих пор не вполне ясны. Чтобы разобраться с этим, ученые исследовали яичники четырех молодых (4–5 лет) и четырех пожилых (18–20 лет) самок макака-крабоеда. Поскольку у самок этого вида менопауза наступает в 25 лет, можно сказать, что группа пожилых макак находилась в периоде предменопаузы — это как раз тот возрастной период, который интересовал исследователей.

Авторы изучили профиль экспрессии генов в 2 601 индивидуальной клетке, применив для этого модифицированный метод секвенирования РНК в единичной клетке, основанный на обратной транскрипции (single-cell tagged reverse transcription (STRT) sequencing). Таким способом исследовали транскриптом в различных типах клеток яичников: в яйцеклетках, гранулезных клетках и стромальных клетках. Фактически ученые создали транскриптомный атлас клеток яичников приматов.

В яйцеклетках ученые описали экспрессию генов, которые можно считать маркерами различных стадий развития, причем, помимо классических, нашли несколько новых маркеров. У пожилых животных они обнаружили изменения в активности десятков генов по сравнению с яйцеклетками молодых. Самые большие изменения наблюдались в активности генов, вовлеченных в систему антиоксидантной защиты (в том числе генов GPX1, GSR, GPX4 и PON1) и в биохимические пути ответа клетки на стресс.

В гранулезных клетках, которые окружают яйцеклетку в фолликуле и необходимы для ее гомеостаза и развития, также отмечались возрастные изменения экспрессии генов. Они касаются генов системы защиты от окислительных повреждений (IDH1, PRDX4, NDUFB10), генов, участвующих в пролиферации клеток, и генов апоптоза. Соответственно, в стареющих яичниках снижается способность гранулезных клеток к пролиферации и растет число клеток, входящих в апоптоз.

Чтобы проверить, происходят ли сходные изменения в экспрессии генов у человека, ученые взяли гранулезные клетки у здоровых женщин в возрасте от 21 до 46 лет. Они нашли, что с возрастом у человека, как и у макак, снижается активность антиоксидантных генов IDH1, PRDX4 и NDUFB10. При этом в клетках возрастает уровень активных форм кислорода, снижается пролиферация и усиливается апоптоз. Такие же эффекты наблюдались в гранулезных молодых клетках, если антиоксидантные гены подвергались нокауту.

Ученые делают вывод, что происходящее с возрастом снижение работы системы антиоксидантной защиты и ответа на клеточный стресс — ключевые звенья старения яичников, причина того, что падает их способность производить полноценные яйцеклетки. Они считают, что знание этого механизма поможет разработать методы адекватной оценки качества яйцеклеток (например, для ЭКО), а также выработать терапевтическую стратегию для замедления старения яичников и связанных с этим заболеваний и продлить репродуктивный период.