شناسایی پروتئین های کلیدی و تأثیرگذار در تحرک اسپرم ها

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، مطالعه میکروسکوپ الکترونی در دانشگاه اوترخت، چیزهای امیدوارکننده ای را برای تحقیقات ژنتیکی آینده در مورد ناباروری شناسایی می کند.

تیم دانشگاه اوترخت با بزرگنمایی سطح نزدیک به اتمی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی توانستند پروتئین هایی را شناسایی کنند که حرکت اسپرم را هدایت می کند. نتایج نه تنها بینش های مهمی را در مورد نحوه حرکت سلول های اسپرم و احتمال اختلال در عملکرد آنها، بلکه در مورد چگونگی تکامل آنها نیز ارائه می دهد. این مطالعه در مجله علمی Cell منتشر شده است.

یک سلول اسپرم به خوبی برای وظیفه بسیار خاص خود سازگار است: رساندن ماده ژنتیکی مرد به سلول تخمک ماده. با این حال، سفر یک سلول اسپرم بسیار چالش برانگیز است: در پستانداران، اسپرم باید مسافت بیش از هزار برابر طول خود را در یک محیط چسبناک شنا کند.

دستگاه حرکتی اسپرم ها در دم آنها قرار دارد: یک (ماشین مولکولی) به نام آکسونم. آکسونم از صدها پروتئین مختلف ساخته شده است که بر روی لوله های سلولی به نام میکروتوبول لنگر انداخته اند. هر آکسونم از 9 میکروتوبول دوتایی (به اصطلاح میکروتوبول های دوتایی) ساخته شده است که در اطراف یک جفت مرکزی میکروتوبول منفرد قرار گرفته اند.

کار قبلی گروه Zeev-Ben-Mordehai قبلاً نشان داده بود که پروتئین ها تا حدی لوله های میکروتوبول های دوتایی سلول های اسپرم پستانداران را پر می کنند. هویت این پروتئین ها، با این حال، عمدتا ناشناخته باقی مانده است.

این گروه اکنون راهی برای شناسایی این پروتئین ها بدون از بین بردن لوله ها و ساختارهای داخل پیدا کرده است. آنها از روشی به نام میکروسکوپ الکترونی برودتی (cryo-EM) استفاده کردند که در آن نمونه هایی مانند سلول های اسپرم فوراً منجمد می شوند و بهترین نگهداری را فراهم می کنند زیرا نمونه ها وضعیت اصلی خود را با بیشترین دقت حفظ می کنند.

برای دستیابی به این سطح بالایی از جزئیات، محقق مجبور شد یک استراتژی جدید آماده سازی نمونه را ایجاد کند که آنها قبل از انجماد نمونه ها به کار بردند: آنها لایه بیرونی سلول های اسپرم و غشای سلولی را حذف کردند و سپس ATP را اضافه کردند، مولکولی که انرژی را تامین می کند. پس دو مرحله (حذف غشای سلولی و افزودن ATP) منجر به تجزیه آکسونم می شود.

Zeev-Ben-Mordehai و تیم او بیش از شصت پروتئین را در دوتایی اسپرم گاو شناسایی کردند. حداقل بیست مورد از این پروتئین ها مخصوص اسپرم هستند و بیش از ده پروتئین با ناباروری مردان مرتبط هستند.

این ارتباط در مطالعات قبلی با تجزیه و تحلیل DNA مردان نابارور، چه در انسان و چه در حیوانات دیگر کشف شد، اما تا کنون موقعیت دقیق این پروتئین ها در سلول های اسپرم هنوز مشخص نشده بود. Zeev-Ben-Mordehai: باورنکردنی است که cryo-EM اکنون امکان شناسایی پروتئین ها در ساختارهای پیچیده را می دهد. و ما نه تنها اکثریت قریب به اتفاق پروتئین ها را در میکروتوبول های دوتایی اسپرم شناسایی کردیم، بلکه آنها را با دقت در این ساختار باشکوه قرار دادیم، بنابراین چارچوبی برای درک عملکرد آنها فراهم کردیم.

قابل توجه است که 28 مورد از پروتئین های یافت شده قبلاً به صورت تجربی مورد مطالعه قرار نگرفته بودند و بنابراین هنوز نام معنی داری نداشتند. Zeev-Ben-Mordehai خاطرنشان می کند که این پروتئین هایی که قبلاً شناسایی نشده بودند، کاندیدهای خوبی برای مطالعات ژنتیکی آینده در مورد ناباروری مردان و توسعه داروهای ضد بارداری مردانه خواهند بود.

برای به دست آوردن بینشی در مورد تکامل آکسونم، محققان همچنین ریزلوله های دوتایی سلول های اسپرم گاو را با اسپرم خارپشت دریایی که توسط همکاران در ایالات متحده مورد مطالعه قرار گرفتند، مقایسه کردند. آنها دریافتند که در حالی که یکی از لوله های دوتایی گاوی تقریباً به طور کامل پر از پروتئین است، در خارپشت های دریایی هر دو لوله نسبتاً خالی هستند. Zeev-Ben-Mordehai: خارپشت دریایی کودهای خارجی هستند، به این معنی که سلول های تخم در آب بارور می شوند. به نظر می رسد که اسپرم پستانداران به یک تقویت ساختاری قابل توجهی نیاز دارد تا به آنها اجازه دهد در محیط بسیار پیچیده تر و چسبناک دستگاه تناسلی زنانه شنا کنند.

Zeev-Ben-Mordehai تحقیقات خود را بر روی سلول های اسپرم در پروژه GettinginShape با بودجه ERC ادامه خواهد داد، جایی که او از کریو-EM برای ارائه درک مولکولی از چگونگی تبدیل سلول های اسپرم از سلول های پیش ساز گرد به نام اسپرماتیدها به اسپرم های متحرک بسیار تخصصی استفاده می کند.