Что заставляет сперматозоиды сломя голову нестись вперед по женским репродуктивным путям? Новое исследование показывает, что решающим ускорителем семени является повышенная температура.
У млекопитающих, в том числе у людей, сперматозоиды на удивление чувствительны к температуре и лучше всего развиваются в условиях на несколько градусов ниже нормальной температуры тела. Но если учесть, что температура в женских половых путях выше нормальной температуры тела, возникает законный вопрос: как этим чувствительным к теплу «пловцам» удается оплодотворить яйцеклетку в такой жаркой среде?
Исследование, проведенное в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе, дает ответ: повышенная температура, например, в женских репродуктивных путях, запускает особый сигнал, который активирует сперматозоиды, меняя их поведение с относительно плавных движений, на резкие вращательные движения, необходимые для проникновения в яйцеклетку для оплодотворения. Открытие этого триггера позволяет совершенствовать как мужские контрацептивы, так и методы лечения мужского бесплодия.
В ходе опытов на мышах исследователи доказали, что специфический белок, общий для всех млекопитающих, вызывает гиперактивное состояние сперматозоидов, когда температура окружающей среды соответствует температуре женских репродуктивных путей. Результаты, опубликованные в Nature Communications 17 апреля, также помогают объяснить эволюцию анатомии млекопитающих.
Полина Лишко, профессор клеточной биологии и физиологии в Медицинской школе Вашингтонского университета, говорит, что это гиперактивное состояние сперматозоидов является ключевым для успешного оплодотворения, и никто точно не знал, как именно температура вызывает его. Исследовательская работа выявила контролируемый температурой «переключатель» в сперматозоидах, который запускает эти энергичные движения именно тогда, когда они необходимы для успеха миссии.
У всех млекопитающих есть особый белок, встроенный в поверхность сперматозоидов, который называется CatSper. Он контролирует поступление частиц, необходимых для обеспечения гиперактивных движений жгутиков, похожих на хвосты, которые продвигают сперматозоиды вперед. Температура, при которой активируется CatSper, неизвестна, однако считалось, что он активируется в сочетании с уровнем pH в женских репродуктивных путях, а у приматов — еще и уровнем прогестерона, женского полового гормона. По словам Лишко, эта теория не совсем верна, потому что большинство сперматозоидов млекопитающих не реагируют на прогестерон, поэтому должен был существовать другой контролирующий фактор, который «включал» бы CatSper.
Повышенная температура казалась наиболее вероятным фактором. В ходе эволюции у млекопитающих выработались хитроумные способы поддерживать температуру мужских репродуктивных органов на уровне 34 градусов по Цельсию или даже ниже. Дельфины, например, снижают температуру крови, поступающей в их семенники, сначала пропуская ее через спинной плавник. Слоны используют аналогичную систему, которая охлаждает кровь через… уши. Большинство других млекопитающих, включая людей, вырабатывают и хранят сперму в семенниках, расположенных вне тела. У животных, не имеющих таких охлаждающих приспособлений для мужских репродуктивных органов, например у птиц, в сперматозоидах отсутствуют белки CatSper.
Используя инструменты и методы микронного масштаба, изначально разработанные для изучения клеток мозга, команда Лишко наблюдала за электрическими зарядами, характерными для активации CatSper в отдельных сперматозоидах, и отмечала четкие всплески, когда температура вокруг клетки превышала 38 градусов по Цельсию. При активации CatSper поведение сперматозоидов менялось: они переходили от относительно плавных движений, к гиперактивным «винтовым» движениям, необходимым для проникновения в яйцеклетку для оплодотворения.
Лишко считает, что понимание роли температуры в фертильности может помочь улучшить методы мужской контрацепции и лечения бесплодия. Поскольку CatSper присутствует только в сперматозоидах, воздействие на него не повлияет на другие функции организма. Были попытки разработать контрацептивы, которые деактивируют этот канал, но, по словам Лишко, они пока не очень эффективны. Открытие может указать на новые подходы.
Вместо того, чтобы создавать биохимические ингибиторы, можно было бы просто активировать CatSper с помощью температуры, таким образом, преждевременно включив этот канал, чтобы лишить сперматозоиды энергии, чтобы к тому моменту, когда сперматозоид готов выполнить свою функцию и проникнуть в яйцеклетку, он бы выдохся и не смог выполнить задачу.
Недавно мы рассказали о первой в истории гонке сперматозоидов. Похоже ее организаторы не догадывались о влиянии температуры на скоростные качества «спортсменов».
Источник