Молекулярные механизмы оплодотворения изучают на искусственных яйцеклетках
Международная группа ученых обнаружила белок MAIA, необходимый яйцеклетке человека для слияния со сперматозоидом. Белок удалось найти с помощью библиотеки полимерных бусин размером с яйцеклетку, несущих разнообразные пептиды, а затем его функциональную роль подтвердили в экспериментах на трансфицированных клетках в культуре.
Слияние сперматозоида и яйцеклетки было бы невозможно без рецепторов. На сперматозоидах есть рецептор IZUMO1, узнающий яйцеклетку. На яйцеклетке же находится рецептор JUNO, который отвечает за узнавание сперматозоида. Взаимодействие JUNO/IZUMO1 есть у многих млекопитающих, включая сумчатых, однако существуют и видоспецифические механизмы. Международная группа ученых постаралась выяснить особенности этого процесса у человека.
Чтобы узнать, какие еще молекулы могут быть вовлечены в прикрепление сперматозоида, исследователи создали модель ооцитов — огромную библиотеку из полимерных микросфер, сравнимых с яйцеклеткой по величине. Каждая из них несла на поверхности тот или иной пептид из 6 аминокислот, фланкированный цистеинами, чтобы предотвратить протеолиз. Эти бусины инкубировали со сперматозоидами.
Сперматозоиды связывались примерно с одной микросферой из тысячи; связывание детектировали по светоотражающим свойствам головки сперматозоида, а также по вращению бусины. Далее ученые отделяли микросферы с прикрепленными сперматозоидами и определяли последовательности аминокислот, которые служили рецептором.
Одна из последовательностей (cAMWNEDc) была гомологична консервативному домену рецептора FcRL3. Ооциты человека экспрессируют мРНК этого рецептора. Моноклональные антитела к нему ингибировали связывание сперматозоидов с этой микросферой, как и антитела к белку сперматозоидов IZUMO1. Это указывало на возможное взаимодействие между IZUMO1 и связывающим мотивом FcRL3, поэтому для дальнейших исследований был выбран именно этот белок.
Действительно, белок FcRL3 присутствует в оболочке неоплодотворенных ооцитов человека. С помощью иммунологических методов авторы продемонстрировали его совместную локализацию с JUNO и еще одним потенциальным участником связывания сперматозоида, рецептором CD9. Авторы присвоили FcRL3 название MAIA — в честь греческой богини Майи, покровительницы материнства и плодородия (как и Юнона, в честь которой назван JUNO).
Чтобы разобраться в функциях MAIA, ученые провели опыты на клетках. Они трансфицировали ооциты китайского хомячка и линию человеческих клеток HEK293Т так, чтобы они несли на своей поверхности рецепторы JUNO и MAIA, а после этого инкубировали их со сперматозоидами человека. К трансфицированным клеткам прикреплялись сперматозоиды, а движения их хвостов были почти такими же, как при слиянии с настоящим ооцитом. Самой эффективной для прикрепления была именно коэкспрессия JUNO и MAIA.
Ранее было известно, что клетки, экспрессирующие только JUNO, могут связываться с сперматозоидами, но не сливаться с ними. Следующей задачей было установить, решает ли эту проблему белок MAIA. Клетки HEK293Т снова трансфицировали MAIA и JUNO, а также плазмидой, кодирующей мембранный белок с флуоресцентной меткой (GFP) — для визуализации клеточной мембраны.
Авторы снова убедились, что такие клетки связывают гораздо больше сперматозоидов, чем те, которые экспрессируют только JUNO. А микроскопия и анализ флуоресценции подтвердили, что клетки слились. В то же время, когда сперму предварительно инкубировали с синтетическим пептидом cAMWNEDc, связывание сперматозоидов с клетками HEK293T уменьшалось.
Аналогичный результат дали эксперименты, со сперматозоидами, трансфицированными GFP, — число флуоресцирующих клеток после взаимодействия с такими сперматозоидами было намного больше, если клетки экспрессировали оба рецептора, а не один.
Таким образом, MAIA в присутствии JUNO способствует слиянию сперматозоида с ооцитом. Широкая диверсификация семейства рецепторов MAIA/FcRL3 в ходе эволюции, возможно, обеспечивает видоспецифичность слияния гамет, подчеркивают авторы.
Новый метод исследования оплодотворения с использованием микросфер представляется перспективным. Эксперименты с человеческими яйцеклетками этически противоречивы, к тому же качество донорских яйцеклеток не всегда высокое, а с ооцитами других видов сперматозоиды взаимодействуют не так легко.
«Гениальный метод искусственного оплодотворения, который позволил нам определить белок MAIA, не только поможет ученым лучше понять механизмы фертильности у человека, но и проложит путь к новым способам лечения бесплодия и произведет революцию в разработке противозачаточных средств», — говорит один из авторов статьи Гарри Мур (Шеффилдский университет, Великобритания).
Моноклональные антитела к сперматозоидам как метод женской контрацепции
Источники
Jana Vondrakova, et al. MAIA, Fc receptor–like 3, supersedes JUNO as IZUMO1 receptor during human fertilization// Science Advances, Published: 7 Sep 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abn004
Цитата по пресс-релизу