Найдена новая мишень для лечения мужского бесплодия и разработки контрацептивов

Транскриптомное профилирование клеток яичек у трех видов млекопитающих помогло найти новый ген, дисфункция которого привела к бесплодию у самцов мышей, в остальном полностью здоровых. Ген Arrdc5 кодирует белок ARRDC5 из семейства альфа-аррестинов; это открытие может помочь в разработке новых безопасных средств мужской контрацепции.

Изображение:

Сперматозоиды самцов мышей с нормальными (слева) и нокаутированными генами Arrdc5

Credit:

Nat Comm (2023) DOI: 10.1038/s41467-023-37735-y | CC BY 4.0

Олигоастенотератозооспермия (ОАТ) — комплекс патологических изменений мужских половых клеток, при котором одновременно снижено число сперматозоидов, нарушены их подвижность и морфология. Это состояние приводит к репродуктивным проблемам не только у людей, но и у других видов млекопитающих. Исследователи из Университета штата Вашингтон установили, что возможная причина возникновения ОАТ — дисфункция гена Arrdc5, который кодирует белок из семейства альфа-аррестинов ARRDC5. Представители этого семейства регулируют передачу сигналов через рецепторы, связанные с G-белком, а также служат адаптерами для убиквитинлигаз Е3.

Чтобы найти гены, которые консервативно экспрессируются в мужской репродуктивной ткани разных видов млекопитающих, авторы получили транскриптомы единичных клеток тестикулярной ткани мышей, крупного рогатого скота и свиней; секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq) проводилось на платформах 10х Genomics и Illumina. 

Более десяти тысяч генов экспрессировались в зародышевых клетках всех трех видов, среди них отобрали те, которые, возможно, влияют на фертильность самцов мышей, экспрессируются преимущественно в яичках и являются специфическими для зародышевых клеток. Из этих генов биологическая роль была не установлена только у Arrdc5; при этом у мышей, свиней и быков он экспрессируется только в яичках, а у человека его экспрессия в яичках повышена. Последовательности белка ARRDC5 свиньи и крупного рогатого скота совпадают с человеческим на 77 и 75% соответственно, что говорит о довольно высокой консервативности.

Для уточнения биологической функции гена Arrdc5 авторы использовали систему CRISPR-Cas9: с помощью генного редактирования создали мышей с нефункциональными копиями этого гена. Самцы с нокаутом Arrdc5 оказались бесплодными, в их сперме количество сперматозоидов снизилось на 28%, подвижность ухудшилась в 2,8 раза; до 98% сперматозоидов имели деформированные головки и шейки, укороченные или множественные жгутики. Эксперименты с яйцеклетками in vitro подтвердили неспособность таких сперматозоидов к оплодотворению. Иных фенотипических аномалий у самцов не наблюдалось. Самки с нокаутом Arrdc5 имеют нормальную фертильность, что подтверждает особую роль этого гена в сперматогенезе. Авторы показали, что нарушения происходят во время заключительного этапа созревания сперматозоидов — спермиогенезе.

В этом исследовании ученые проанализировали транскриптомы около 23 000 клеток семенников крупного рогатого скота, 22 000 клеток семенников свиньи и примерно 3000 клеток семенников мыши. Последующая кластеризация по транскриптомным данным выявила шесть типов клеток тестикулярной ткани (зародышевые клетки, клетки Сертоли, клетки Лейдига, миоидные клетки, лимфоциты и макрофаги). Полученная многовидовая база данных одноклеточных транскриптомов ключевых типов тестикулярных клеток может быть полезной для других исследователей, подчеркивают авторы работы.

Возможные направления дальнейших исследований Arrdc5 — поиск мутаций в этом гене, вызывающих мужское бесплодие, а также разработка новых препаратов для мужской контрацепции. Хотя точные механизмы функционирования белка ARRDC5 в мужских зародышевых клетках нуждаются в дополнительном изучении, авторы предполагают, что здесь важна его функция адаптера убиквитинлигазы E3.

Существующие мужские контрацептивы существенно влияют на гормональный фон. Так, тестостерон участвует в различных физиологических функциях, включая производство эритроцитов и наращивание мышечной массы, поэтому противозачаточные средства, нацеленные на него, не могут считаться безопасными. Воодушевляет тот факт, что мыши с нокаутом Arrdc5 были нормальными во всех остальных отношениях, кроме плодовитости самцов. Исследователи уже подали предварительный патент на разработку мужского контрацептивного средства, основанного на свойствах гена Arrdc5 и белка, который он кодирует.

«Вы не хотите навсегда уничтожить способность производить сперму — просто остановить правильное производство сперматозоидов. Тогда теоретически вы сможете перестать принимать препарат, и сперматозоиды снова начнут нормально формироваться», — говорит руководитель работы Джон Оутли.

 

Кандидатное противозачаточное средство для мужчин испытали на мышах

Источники

Giassetti, M.I., et al. ARRDC5 expression is conserved in mammalian testes and required for normal sperm morphogenesis // Nature Communications 14, 2111 (2023), published online 17 April 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37735-y

Цитата по пресс-релизу

Добавить в избранное