Цилицины играют важную роль в морфологии сперматозоидов и фертильности мышей и людей

Сперматозоиды мыши, человека и других животных имеют характерную форму с головкой и жгутиком, которую поддерживает цитоскелет. Белки цилицин 1 (Cylc1) и цилицин 2 (Cylc2) содержатся только в цитоскелете сперматозоидов, но их роль остается неясной. Предположительно, они поддерживают структуру цитоскелета и необходимы для правильной архитектуры головки сперматозоида. Ген CYLC2 расположен на аутосоме, а ген CYLC1 — на Х-хромосоме человека и мыши.

Для определения роли цилицинов в сперматогенезе ученые из Германии исследовали половозрелых самцов мыши с дефицитом белков Cylc1 и (или) Cylc2. Мутантные линии получали с помощью системы CRISPR-Cas9. Для анализа фертильности самцов спаривали со здоровыми самками и отслеживали размер помета. У животных каждого генотипа анализировали концентрацию, жизнеспособность, подвижность и морфологию сперматозоидов согласно рекомендациями ВОЗ по анализу спермы человека.

Наблюдение показало, что для самцов Cylc1^-/y значительно снизилась частота наступления беременности самок (на 16%) и средний размер помета (на 2,2 особи). Морфология сперматозоидов также изменилась: у 38% зрелых сперматозоидов была обнаружена патология строения акросомы при нормальном строении хвоста и средней части.

Самцы Cylc2^+/- не отличались по показателям фертильности от мышей дикого типа, но экспрессия белка Cylc2 была снижена на 50%. Патологическое строение акросомы обнаруживалось у 30% сперматозоидов при нормальном строении остальных частей клетки.

У самцов обоих генотипов (Cylc1^-/y и Cylc2^+/-) было выявлено снижение количества сперматозоидов на 40–47%. Их подвижность не отличалась от показателей для дикого типа.

Самцы Cylc2^-/-, Cylc1^-/y Cylc2^+/- и Cylc1^-/y Cylc2^-/- были бесплодны. По сравнению с мышами дикого типа у животных этих генотипов количество сперматозоидов снизилось на 65–85%, жизнеспособность — на 15%, подвижность — до 2–27%. В 76–92% случаев было выявлено изменение морфологии сперматозоидов: патология акросомы, изгиб области шейки и (или) скручивание жгутика, часто вокруг головки.

Несмотря на снижение количества сперматозоидов у всех особей с дефицитом цилицина, морфологическое строение семенников было нормальным, присутствовали все стадии сперматогенеза.

Результаты анализа спермы и фертильности указывают на то, что полный дефицит Cylc2 у мышей вызывает более серьезные фенотипические изменения, чем другие генотипы. Авторы связывают это с большей консервативностью Cylc2, чем Cylc1. Поэтому потеря Cylc1 может частично компенсироваться оставшимся аллелем Cylc2.

Аномалии головок сперматозоидов, нарушение подвижности и снижение концентрации сперматозоидов при дефиците цилицина схожи с проявлениями тяжелого синдрома олигоастенотератозооспермии человека.

Следующим этапом работы стал поиск мужчин с похожими проявлениями среди участников группы MERGE — исследования мужской репродуктивной геномики. Группа включает более 2030 мужчин с тяжелым нарушением сперматогенеза (концентрация сперматозоидов <5 млн/мл). Был обнаружен один пациент с вариантами генов цицилинов, найденными при секвенировании генома. У мужчины были выявлены проблемы с зачатием, снижение концентрации, подвижности и жизнеспособности сперматозоидов, а также изменение их морфологии. При этом жгутики сперматозоидов были скручены таким же образом, что и жгутики сперматозоидов мышей с дефицитом цилицина. Предположительно, дефицит цилицина может также приводить к мужскому бесплодию.

Идентификация и подробная характеристика пациентов с мутантными CYLC1 и CYLC2 необходимы для определения влияния этих белков на спермиогенез и бесплодие. Если влиянии будет подтверждено в дальнейших исследованиях, то тестирования на генные варианты CYLC при мужском бесплодии может перейти в клиническую практику. Это поможет усовершенствовать тактику проведения ЭКО для пар с мужским фактором бесплодия.

Белок ACTL7B необходим для формирования зрелых сперматозоидов