Good to know: Значението на сперматозоида

Статия, подготвена от биолог Лъчезара Велева и ембриолог доц. Таня Милачич

Учените откриха молекулярната основа, която обяснява защо митохондриалната ДНК (мтДНК) се унаследява само от майката, но какви гени носи още сперматозоида и защо е толкова важен в процеса на оплождането?

„Открихме, че сперматозоидът носи около 100 митохондрии, когато опложда яйцеклетката, но в тях няма интактна митохондриална ДНК (мтДНК) и липсват фактори за транскрипцията им ”, казва съавторът на проучването д-р Ш. Миталипов, директор на Центъра за ембрионални клетки и генна терапия в OHSU и професор по акушерство и гинекология, молекулярна и клетъчна биология, OHSU School of Medicine, Oregon National Research Center. Механизмите на елиминиране на бащината митохондриална ДНК по време на сперматогенезата все още не са добре проучени. Учените не са сигурни защо сперматозоидът не допринася със своята мтДНК, но Миталипов предполага, че това може да е свързано с факта, че те използват много митохондриална енергия в процеса на оплождане на яйцеклетката и вероятността да се натрупат мутации в тяхната митохондриална ДНК е голяма.

Развиващата се яйцеклетка, напротив, черпи енергия предимно от обкръжаващите я стотици клетки в кумулусно-овоцитния комплекс, в който съзрява като не използва собствените си митохондрии, така че това допринася в поддържането на относително здрава и компактна мтДНК. Проучването е в сътрудничество между Oregon Health & Science University с други институции и е публикувано в списание Nature Genetics през 2023г.

Друг любопитен факт в научно отношение е, че макар и мтДНК в сперматозоидите да не доставя своята информация до яйцеклетката, различни мутации в нея могат да доведат до влошена подвижност на сперматозоидите и инфертилитет.

Генетичните фактори, водещи до мъжки инфертилитет, могат да бъдат интра-нуклеарни (вътре в ядрото) или екстрануклеарни (вън от ядрото). Голям брой нуклеарни гени като протаминовите гени, арил хидрокалбоновите рецептори и други са въвлечени при мъжкия стерилитет. Една от най-главните задачи по отношение на подвижността на сперматозоидите е участието им в процеса на оплождане. Енергията за това движение се доставя от митохондриите и всеки дефект може да доведе до намалена подвижност и Астенозооспермия (намаление на количеството на подвижните сперматозоиди и скоростта на движението им в еякулата на мъжа, което се отразява на оплодителните способности.)

Митохондриални генетични отклонения като точковите мутации в мтДНК, особено конкретните 3: bp4977, bp7345 и bp7599 може да са основни причини за Астенозооспермия. Идентифицирането на митохондриалните молекулярни дефекти в сперматозоидите, може да бъде от помощ в диагностиката на инфертилитета при мъжа, особено при диагноза Астенозооспермия.

Магията на оплождането при човека

Въпреки липсата на наследственост откъм мтДНК, сперматозоидът носи много отговорна роля по време на оплождането. Липсата на центриоли в яйцеклетката, които тя губи по неизяснени все още причини по време на овогенезата, пречи да се реализира процесът на оплождане. Именно наличието на центриоли в сперматозоида, които навлизат в яйцеклетката и участват в сформирането на цитоскелета и делителното вретено, са главните отговорници, за да се случи процесът на оплождането и сформирането на зиготата (оплодената от сперматозоида яйцеклетка), а по-нататък имат и голяма роля в ранната ембриогенеза.

Източници:

Lee W, Zamudio-Ochoa A, Buchel G, Podlesniy P, Marti Gutierrez N, Puigròs M, Calderon A, Tang HY, Li L, Mikhalchenko A, Koski A, Trullas R, Mitalipov S, Temiakov D. Molecular basis for maternal inheritance of human mitochondrial DNA. Nat Genet. 2023 Oct;55(10):1632-1639. doi: 10.1038/s41588-023-01505-9. Epub 2023 Sep 18. PMID: 37723262; PMCID: PMC10763495.

Kao SH, Chao HT, Wei YH. Mitochondrial deoxyribonucleic acid 4977-bp deletion is associated with diminished fertility and motility of human sperm. Biol Reprod 1995; 52(4): 729-736. https://doi.org/10.1095/biolreprod52.4.729

Sevinj Maharramova, Sayeddin Atakishizade, Mahbuba Valiyeva, Rovshan Khalilov, Aziz Eftekhari. Structure and function of mitochondria and its role in male infertility. Central Asian Scientific Press (CAS Press). Volume 2, Issue 6, November and December 2022, Pages 176-185. DOI: 10.22034/CAJMPSI.2022.06.02

Simerly C, Manil-Ségalen M, Castro C, Hartnett C, Kong D, Verlhac MH, Loncarek J, Schatten G. Separation and Loss of Centrioles From Primordidal Germ Cells To Mature Oocytes In The Mouse. Sci Rep. 2018 Aug 24;8(1):12791. doi: 10.1038/s41598-018-31222-x. PMID: 30143724; PMCID: PMC6109097.

Tomer Avidor-Reiss, Alexa Carr, Emily Lillian Fishman.The sperm centrioles, Molecular and Cellular Endocrinology, Volume 518, 2020, 110987, ISSN 0303-7207, https://doi.org/10.1016/j.mce.2020.110987.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303720720302872)

Reiss Tomer, Achinger Luke, Uzbekov Rustem. The Centriole’s Role in Miscarriages. Frontiers in Cell and Developmental Biology. Vol. 10, 2022; https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2022.864692; DOI:10.3389/fcell.2022.864692; ISSN=2296-634X