Сперматозоид сравнили со штопором и выдрой
Человеческие сперматозоиды во время движения вращаются в одну сторону подобно штопору или резвящейся в воде выдре, а не ундулируют («виляют хвостом»), как многие другие клетки со жгутиками, сообщается в Science Advances. Это выяснили благодаря скоростной видеосъемке мужских половых клеток под микроскопом. Информация о том, как на самом деле двигаются сперматозоиды, может быть полезной в лечении бесплодия.
Обновлено: в мае 2021 года статья была отозвана из Science Advances.
У человека, как и у многих других животных и ряда растений, мужские половые клетки (сперматозоиды) подвижны и для оплодотворения должны добраться до неподвижных женских половых клеток. Как правило, при этом сперматозоиды проплывают некоторое расстояние в жидкости на водной основе. Если их подвижность почему-то нарушена, слияния половых клеток не произойдет и потомства не появится. Поэтому важно знать, как двигаются сперматозоиды, чтобы в случае нарушений помочь им.
Антони ван Левенгук, описывая в 1677 году мужские половые клетки, отметил, что они перемещаются в жидкости, изгибая хвост (жгутик) подобно тому, как змея или угорь изгибает тело. По соображениям Левенгука, движения сперматозоида симметричны, и так часто считают до сих пор. Однако известно, что оболочка жгутика асимметрична: это, а также некоторые другие факты, имеющиеся сведения о плавании сперматозоидов объяснить не могут. Известно, что асимметричные волны создают хвосты мужских гамет у мышей и хламидомонад, но проверить это свойство у человеческих сперматозоидов по их движению в двумерном пространстве, как это делал Левенгук, нельзя.
Ученые из Великобритании и Мексики под руководством Габриэля Коркиди (Gabriel Corkidi) из Национального автономного университета Мексики запечатлели движение сперматозоидов здоровых мужчин высокоскоростной камерой (55 тысяч кадров в секунду). Пьезоэлектрическое устройство позволяло непрерывно быстро передвигать образец, и его получалось снять в нескольких проекциях.
На основе кадров ученые сделали трехмерные модели движения жгутика и головки сперматозоида, а с помощью метода главных компонент установили, что хвост этой клетки не колеблется из стороны в сторону, а подобно штопору (или выдре) вращается в одну сторону. Вместе с ним вращается и головка.
Хотя такой способ перемещения должен все время отклонять клетку в одну сторону, этого не происходит из-за того, как части жгутика в каждый момент времени расположены друг относительно друга. Стоячая и бегущая волны при движении клетки так соотносятся друг с другом, что в двумерном пространстве кажется, будто сперматозоид совершает симметричные движения из стороны в сторону.
Новые данные о том, как плавают мужские половые клетки, скорее всего, заставят пересмотреть ряд подходов в репродуктивной медицине и помогут понять, почему некоторые сперматозоиды практически не двигаются (это явление называют астенозоспермией). Авторы надеются, что перемещение гамет других видов тоже исследуют похожим способом — с применением трехмерной микроскопии и математического анализа полученных данных.
Интересно, что раньше перемещение сперматозоидов уже связывали с движением по спирали. Немецкие исследователи в 2016 году создали «спермаботы» — наноразмерные двигатели, которые закручивали мужские половые клетки подобно штопору и вместе с ними двигались в нужном направлении. Такие структуры теоретически можно использовать для ускорения сперматозоидов, которые по каким-то причинам малоподвижны.
Светлана Ястребова
Благодаря воздействию на факторы транскрипции
Экстракт Mallotus furetianus значительно подавляет увеличение массы тела и жировой ткани и снижает риск развития жировой болезни печени у мышей. Как сообщается в журнале Food Science and Nutrition, экстракт in vitro подавлял экспрессию факторов транскрипции, которые участвуют в ранней дифференцировке преадипоцитов, из-за чего было снижено производство и накопление триацилглицеринов. Ученые по всему миру ищут средства терапии и профилактики ожирения, которое выступает основным фактором риска развития различных хронических заболеваний, особенно связанных с образом жизни. Подробнее об этих поисках можно прочитать в материале N + 1 «Больше не ешь». Внимание исследователей привлекают и растительные препараты, которые показывали свой эффект для снижения массы тела и жировой ткани. В частности, это происходило за счет влияния на факторы транскрипции или сигнальные пути, которые происходят на ранних стадиях развития и дифференцировки жировой ткани — адипогенеза. В частности, сообщалось, что ресвератрол из красного вина снижает активность адипогенеза за счет подавления активности фактора некроза опухоли-α в преадипоцитах. Однако подробные механизмы подавления дифференцировки адипоцитов остаются неясными. Акико Кодзима-Юаса (Akiko Kojima-Yuasa) с коллегами из Столичного университета Осаки исследовали эффекты Mallotus furetianus — вида тропического растения семейства молочайных, произрастающего на острове Хайнань в Китае, который традиционно используют в народной медицине при заболеваниях желчного пузыря. Также сообщалось, что экстракт листьев этого растения оказывает антиатеросклеротический и антистеатозный эффект. Сначала они кормили несколько групп мышей высококалорийной или обычной диетой с добавлением 0,24-процентного экстракта Mallotus furetianus или без него. Масса тела мышей, получавших высококалорийную диету, была значительно выше по сравнению с мышами, которые получали обычную диету. Однако масса тела мышей, получавших высококалорийную диету с экстрактом, была значительно ниже, чем масса мышей, получавших только высококалорийную диету. Такие же закономерности ученые нашли для массы жировой ткани придатка яичка и забрюшинного жира. Размер адипоцитов у мышей, получавших высококалорийную диету, был значительно больше по сравнению с контрольными мышами. Однако у мышей, получавших дополнительно с высококалорийной диетой экстракт Mallotus furetianus, размер адипоцитов был значительно меньше. Кроме того, у мышей с ожирением в гепатоцитах накапливались липидные капли, что указывало на развитие стеатоза печени. Этого не наблюдалось у мышей, получавших растительный экстракт. Затем ученые обнаружили, что экстракт снижает активность биосинтеза и накопление триглицеридов. Поскольку известно, что на ранних стадиях дифференцировки адипоцитов экспрессируется фактор транскрипции C/EBPβ, ученые исследовали, как экстракт влияет на его экспрессию через 48 часов после инициации дифференцировки преадипоцитов. Оказалось, что уровень экспрессии гена C/EBPβ оставался неизменным даже при добавлении экстракта, однако снизилась концентрация самого фактора в клетке. В адипоцитах повышенная экспрессия C/EBPβ приводит к индукции других факторов транскрипции — PPARγ и C/EBPa, — которые являются главными регуляторами дифференцировки адипоцитов. Добавление экстракта Mallotus furetianus снижало как уровень экспрессии гена, так и уровень белков PPARγ и C/EBPa. То есть экстракт подавляет экспрессию C/EBPβ посредством посттрансляционных модификаций, что приводит к подавлению транскрипции PPARγ и C/EBPa. Дополнительные анализы показали, что экстракт подавляет фосфорилирование внеклеточных сигнально-регулируемых киназ и снижает уровень экспрессии гена SENP2, потенциально влияя на стабильность и активность белка C/EBPβ. Потенциально экстракт Mallotus furetianus может стать эффективным лекарством для лечения ожирения у людей, однако для этого необходимо проверить профиль его безопасности. Врачи находят у ожирения неожиданные негативные эффекты на здоровье. Например, недавно британские ученые выяснили, что у людей с ожирением значительно снижается продолжительность защитного эффекта вакцин от ковида.