Первая трехмерная карта мышиных яичников помогла проследить, как овариальный резерв меняется с возрастом

Продолжительность репродуктивного периода у самок большинства млекопитающих определяется конечным запасом ооцитов, который формируется еще во внутриутробном периоде и постепенно истощается с возрастом. У человека при рождении яичники содержат около 1–2 миллионов ооцитов, к началу полового созревания их остается примерно 400 тысяч, а к менопаузе — около тысячи. При этом за всю жизнь овулирует лишь около 400 ооцитов. Нарушение активации фолликулов и их истощение связаны, в частности, с первичной недостаточностью яичников и преждевременной менопаузой. Однако большинство данных о динамике фолликулов получено при анализе двумерных гистологических срезов, который не сохраняет информацию о пространственном расположении клеток. Первую трехмерную карту яичников мыши получили авторы работы в Nature Aging.

Ученые использовали метод SPIM — так называемую селективную микроскопию плоскостного освещения, позволяющую визуализировать органы целиком. Ооциты выявляли с помощью антител к белку DDX4, после чего их автоматически распознавала и сегментировала модель глубокого обучения. Полученные результаты хорошо согласовались с ручной разметкой — после коррекции удалось достичь точности в 96,7%. Разработанный подход позволял одновременно определять число, размер и трехмерные координаты отдельных ооцитов. Метод оказался применим не только к яичникам мышей, но и к образцам коркового вещества яичников человека.

Всего исследователи изучили яичники 56 нерожавших мышей в возрасте от 5 до 60 недель и сегментировали более 85 тысяч ооцитов. Вариабельность овариального резерва между отдельными особями оказалась значительной — уже в пятинедельном возрасте разница в числе ооцитов между некоторыми из них была практически трехкратной. По мнению авторов, столь выраженная вариабельность, присутствующая еще до полового созревания, может формироваться на ранних этапах развития — например, вследствие различий в миграции и пролиферации первичных половых клеток при колонизации полового гребня или в масштабах гибели ооцитов в раннем постнатальном периоде.

С возрастом общее количество ооцитов ожидаемо снижалось. Доля примордиальных ооцитов уменьшалась примерно с 70% до 55%, тогда как доля растущих увеличивалась примерно с 15% до 30%. Однако доля переходных фолликулов, в которых уплощенные клетки гранулезного слоя начинают приобретать кубическую форму, на протяжении всего изученного периода оставалась практически неизменной и составляла около 14% овариального резерва. Это соотношение сохранялось даже при более чем десятикратном уменьшении общего числа ооцитов — то есть яичник способен поддерживать количество активирующихся ооцитов стабильным относительно оставшегося резерва.

Чтобы выяснить, влияет ли подавление овуляции на скорость истощения резерва, ученые сравнили нерожавших самок мыши с теми, которые неоднократно беременели, поскольку беременность сопровождается подавлением овуляции. В возрасте 31 недели между группами не обнаружили значимых различий ни по общему числу ооцитов, ни по количеству примордиальных, переходных и растущих фолликулов. Таким образом, подавление овуляции не замедляло возрастное уменьшение количества ооцитов, что дополнительно указывает на независимую от овуляции регуляцию рекрутирования фолликулов на уровне ткани.

Трехмерный анализ также позволил изучить распределение ооцитов внутри органа. Оказалось, что они расположены неравномерно: примордиальные ооциты были относительно редки как в области ворот яичника, так и на противоположном полюсе и накапливались преимущественно в латеральных отделах вдоль его длинной оси. Такое же распределение наблюдалось для переходных и растущих ооцитов и сохранялось с возрастом.

Еще одним неожиданным результатом стала связь между плотностью расположения ооцитов и их активацией. Для каждого примордиального ооцита исследователи подсчитывали число других примордиальных ооцитов в радиусе 100 мкм. В пять недель один ооцит имел в среднем более десяти соседей, тогда как к 60 неделям это число снижалось примерно до 2,5. При этом участки с большей локальной плотностью примордиальных ооцитов содержали больше переходных фолликулов. Это наблюдение противоречит ранее доминировавшей гипотезе, согласно которой высокая плотность примордиальных фолликулов подавляет их активацию.

Наконец, на основании полученных данных исследователи построили математическую модель возрастного истощения овариального резерва. Ооциты разделили на четыре категории — примордиальные, первичные, вторичные и третичные (антральные), — и с помощью системы дифференциальных уравнений рассчитали скорости перехода между ними и гибели клеток. Согласно модели, еженедельно активируется около 2,5% примордиальных ооцитов, около 21,7% первичных становятся вторичными, а 33,7% вторичных — третичными. Гибель ооцитов на стадиях первичных и вторичных фолликулов оказалась минимальной, тогда как основная их потеря приходилась на стадию третичных фолликулов. Модель устойчиво воспроизводила динамику резерва даже при значительных различиях исходного числа ооцитов между отдельными животными.

Полученные результаты позволяют рассматривать овариальный резерв не просто как пассивный запас постепенно расходующихся половых клеток, а как регулируемую систему. Постоянная доля активирующихся фолликулов при разном возрасте и исходном размере резерва, а также связь активации с пространственным окружением ооцита указывают на существование механизмов координации на уровне всего органа. Авторы подчеркивают различия между репродуктивной физиологией мыши и человека, поэтому обнаруженные закономерности нельзя автоматически переносить на людей. Но постоянство доли активирующихся фолликулов может отражать общий для млекопитающих принцип поддержания репродуктивного долголетия.

Митохондриальная ДНК в ооцитах человека не накапливает мутации с возрастом