Мышам удвоили запас яйцеклеток в яичнике

Американские ученые создали мышей с необычно большим запасом половых клеток в яичнике, для этого понадобились одна мутация и одно лекарство, которые запрещают клеткам массово гибнуть на ранних стадиях развития яичника. Выжившие предшественники яйцеклеток оказались вполне здоровыми: они сами чинят поломки в ДНК, выживают, образуют нормальные фолликулы и потом дают здоровое потомство. Таким образом, массовая гибель половых клеток в яичнике оказалась скорее перестраховкой, чем необходимостью. Тем не менее, неясно, удастся ли это воспроизвести на человеке — для этого потребовалось бы вмешательство на эмбриональных стадиях развития. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Система производства яйцеклеток у млекопитающих устроена крайне расточительно. Из всех ооцитов (клеток-предшественников яйцеклеток) до рождения человека доживает лишь пятая часть, а 80 процентов гибнут еще на ранних этапах. В течение жизни суровый отбор продолжает выбраковывать ооциты, и поэтому часто к 40 годам женщина не может забеременеть из-за нехватки яйцеклеток — выбрать из них здоровую не всегда удается даже с помощью ЭКО.

Марла Тарп (Marla Tharp) из Университета Джонса Хопкинса и ее коллеги предположили, что причиной массовой гибели ооцитов могут быть ретротранспозоны LINE-1 (L1). Это мобильные генетические элементы, которые умеют размножаться в геноме клеток, то есть создавать свою копию, которая затем встраивается в случайное место на хромосоме. Известно, что в соматических (не половых) клетках чрезмерное размножение ретротранспозонов приводит к разрывам в хромосомах, в ответ на которые запускается работа системы репарации ДНК. Если она не справляется с поломкой, клетку ждет старение или смерть.

Сдерживать активность LINE-1 обычно удается с помощью метилирования ДНК: участки с ретротранспозонами клетки стараются поддерживать в скрученном состоянии, что мешает мобильным элементам размножаться. Но предшественники яйцеклеток выстраивают свою систему метилирования только после появления на свет. До этого ретротранспозоны в них способны размножаться и, вероятно, приводят к гибели большинства ооцитов.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи работали с мутантными мышами: у них был выключен ген CHK2 — ген фермента, который реагирует на двунитевые разрывы в ДНК и вызывает гибель клеток. Такие мыши жизнеспособны и фертильны, однако что у них происходит с ретротранспозонами, было неясно. Ученые сравнили количество ооцитов в яичника гомо- и гетерозигот по этой мутации (у вторых фермент CHK2 производится, но в меньшем количестве, чем у обычных мышей).

Оказалось, что на ранних стадиях развития, до начала массовой гибели ооцитов, их число одинаково (около 12 тысяч) и не зависит от наличия CHK2 в клетках. А вот после рождения мышат, когда начинается отбор ооцитов, появляются различия: у гомозигот остается всего 5 тысяч клеток, а у гетерозигот — около 7 тысяч. Это означает, что CHK2 играет важную роль в отборе и гибели будущих яйцеклеток. Когда же исследователи дали мышатам AZT — лекарство-блокатор обратной транскриптазы, которое подавляет активность ретровирусов и ретротранспозонов, то у них в живых остались 10 тысяч ооцитов, то есть в полтора-два раза больше.

Таким образом, ученым удалось предотвратить массовую гибель клеток в яичниках мышей. Следующим шагом было необходимо выяснить, как это влияет на их качество. Исследователи сравнили количество копий L1 и двунитевых разрывов в ДНК у гомо- и гетерозигот по CHK2, которые получали или нет препарат AZT. Они обнаружили, что у тех животных, у которых работа CHK2 была подавлена, ретротранспозонов и вызванных ими поломок было существенно больше (p < 0,005). Однако после появления на свет оказалось, что у всех животных число копий ретротранспозонов снизилось. Это означает, что ооциты способны справиться со своими мобильными элементами, если дать им шанс не погибнуть (то есть лишить их CHK2) и дожить до появления мыши на свет.

Наконец, исследователи проверили, как отмена массовой гибели влияет на здоровье ооцитов и плодовитость мышей. Они выяснили, что двойная мутация по CHK2 и обработка AZT не влияют на работу генов в ооцитах: они следуют своей программе развития и постепенно превращаются в предшественники яйцеклеток, формируя полноценные фолликулы в яичниках. Количество фолликулов у таких мышей также оказалось выше, чем у гетерозигот по CHK2 (p < 0,05). Впоследствии мыши с увеличенным числом фолликулов принесли здоровое потомство в нормальном количестве.

Таким образом ученым удалось установить, что массовая гибель предшественников яйцеклеток в эмбриогенезе не обязательна для полового развития млекопитающих. Контроля качества яйцеклеток на ранних этапах можно избежать, а половое развитие и фертильность при этом не страдают. Правда, непонятно, можно ли это открытие как-то перенести на людей: для женщин проблема с нехваткой яйцеклеток остро встает только во взрослом возрасте, в то время как решать ее, судя по всему, нужно еще на эмбриональном этапе развития.

Ранее ученые выяснили, что пересадка яичников от молодых мышей пожилым благотворно влияет на их метаболизм и иммунитет и позволяет дольше жить. Восполнять иссякающий резерв яйцеклеток исследователи предложили с помощью вспомогательных клеток яичника. А искусственные яичники с человеческими яйцеклетками уже протестировали на мышах.

Полина Лосева