Связь Juno и Izumo: как яйцеклетка и сперматозоид удерживаются вместе

от

Яйцеклетка и сперматозоид должны плотно удерживаться вместе в фаллопиевой трубе, чтобы слиться и создать новый организм. Ключевую роль в этом процессе играют белки Juno на мембране яйцеклетки и Izumo на сперматозоиде. Они соединяются друг с другом, подобно замку и ключу.

Исследователи из ETH Zurich и Университета Базеля показали, что между Juno и Izumo возникает особый тип связи, который является одним из самых прочных, когда-либо обнаруженных в мире высших организмов. Их исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Как происходит соединение

Сперматозоид должен преодолеть немалый путь, чтобы достичь мембраны яйцеклетки. Благодаря своему жгутику — вращающемуся, хлыстообразному придатку — он пробивается через два защитных слоя, окружающих яйцеклетку.

Как только сперматозоид достигает мембраны яйцеклетки, ему нужно крепко держаться и выиграть время. Это необходимо, потому что мембраны яйцеклетки и сперматозоида должны быть реорганизованы, чтобы стать более гибкими и слиться друг с другом. Кроме того, ключевые мембранные белки должны быть собраны вместе в нужном месте, чтобы произошло слияние.

В течение нескольких минут жгутик на задней части сперматозоида неистово бьётся, а сильное связывание пары белков Juno–Izumo гарантирует, что сперматозоид не оторвётся от яйцеклетки.

Исследование связи Juno и Izumo

Исследователи из Цюриха и Базеля изучили белки Juno и Izumo отдельно от яйцеклетки и сперматозоида. В лаборатории они измерили взаимодействие между отдельными белками Juno и Izumo с помощью атомно-силового микроскопа, чтобы определить, насколько хорошо они могут удерживаться вместе под действием растягивающей силы.

Учёные продемонстрировали, что Juno и Izumo ведут себя иначе, чем большинство известных пар белков, которые связываются друг с другом по принципу «замок-ключ». Такие связи обычно не длятся вечно, и большинство из них разрываются быстрее, чем сильнее вы их тянете.

Но это не относится к Juno и Izumo. «Под действием растягивающих сил, таких как те, которые генерирует сперматозоид, связь становится более стабильной, а не менее», — объясняет Виола Фогель, профессор кафедры наук о здоровье и технологиях ETH Zurich. «Соответственно, связь на самом деле держится дольше под напряжением, чем без приложенной силы».

Эту связь, которая становится сильнее под действием растягивающей силы, исследователи называют связью-ловушкой.

Механизм связи-ловушки

Используя модельные расчёты в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре CSCS в Лугано, исследователи также смогли показать, как работает механизм связи-ловушки двух белков: когда белки растягиваются, некоторые связи между атомами на одном белке и другим разрываются, но сами белки одновременно скручиваются ближе друг к другу, а белок Juno совершает четверть оборота. Это приводит к созданию новых связей между атомами, которые продлевают время, в течение которого белки могут удерживаться друг за друга.

Измерения исследователей показали, что под напряжением связь между Juno и Izumo является одной из самых прочных в мире многоклеточных организмов.

Генетическая мутация и фертильность

Исследователи также изучили влияние известной генетической мутации, которая затрагивает одну из 600 женщин во всём мире. У этих женщин есть изменение в одном строительном блоке как гена Juno, так и белка Juno. Эта мутация предположительно вызывает снижение фертильности.

Учёные также проанализировали белки с этой модификацией в лаборатории и с помощью компьютерного моделирования. Они смогли показать, что в случае растягивающих сил, таких как те, которые возникают, когда сперматозоид бьёт своим жгутиком, связь с модифицированным белком разрывается быстрее. «Это не даёт сперматозоиду и яйцеклетке достаточно времени для инициации слияния или, следовательно, оплодотворения», — объясняет Фогель.

Теперь, когда механизм действия был идентифицирован, чтобы подтвердить предполагаемую связь между этой мутацией и бесплодием, следующим шагом может стать разработка генетических тестов с целью диагностики этой причины бесплодия. Кроме того, результаты могут облегчить разработку терапевтических стратегий, чтобы помочь парам осуществить своё желание иметь детей.

Предоставлено ETH Zurich.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте