Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Высокая температура повредила ДНК сперматоцитов

Diana E. Libuda et al. / Current biology, 2020

Американские ученые при нагревании нематод Caenorhabditis elegans обнаружили в их сперматоцитах значительное повышение частоты повреждений ДНК — это связали с активной мобилизацией транспозонов Tc1/mariner. При этом в женских гаметах аналогичных процессов не наблюдали, о чем авторы пишут в журнале Current biology.

У многих организмов сперматогенез, в отличие от образования женских гамет, чрезвычайно зависим от колебаний температуры среды, и для созревания сперматоцитов необходимо, чтобы процесс протекал в узком диапазоне температур. Несмотря на то что это справедливо и для человека, а зависимые от температуры нарушения сперматогенеза связывают с нарушениями мужской репродуктивной функции, молекулярные механизмы, лежащие в основе этого, до сих пор слабо изучены.

Диана Либуда (Diana E. Libuda) вместе с коллегами из Университета Орегона пролила свет на эту проблему, изучив изменения в наследственном аппарате гамет C. elegans, подвергнутых тепловому шоку. Сперматогенез изучали на мужских особях, оогенез — на гермафродитах. Животных экспериментальной группы нагревали до 34 градусов Цельсия в течение двух часов, для контрольной группы температуру среды не повышали, а для измерения степени поврежденности ДНК исследователи сравнивали количество фокусов рекомбиназы RAD-51 в гаметах — участки ядра, где рекомбиназа образует комплексы с ДНК на месте двухцепочечного разрыва для его репарации. Оказалось, что в сперматоцитах, подвергнутых тепловому шоку, значительно повысилось количество фокусов RAD-51 в профазе I мейоза (41 ± 17 фокусов/ядро против 1.6 ± 2.7 фокусов на ядро в не нагретых сперматоцитах; p < 0,0001). При этом ничего подобного не наблюдали в ооцитах.

Чтобы убедиться в том, что нарушения ДНК сказываются на фертильности самцов, ученые получили потомство от особей, подвергнутых и не подвергнутых тепловому шоку. Примечательно, что способность к оплодотворению у сперматоцитов нарушена не была — исследователи получили сравнимое количество яиц от особей контрольной и экспериментальной групп. Однако если количественной разницы заметно не было, качественная оказалась весьма значительной: количество нежизнеспособных яиц от самцов, подвергнутых тепловому шоку (в среднем 6 ± 4 мертвых яйца/выводок; количество выводков 38), в среднем в три раза больше (p < 0,001), чем от самцов контрольной группы (в среднем 2 ± 2 мертвых яйца/выводок; количество выводков 23).

Авторы предположили, что причиной нарушения целостности генетического аппарата мужских гамет может быть мобилизация транспозонов, которая приводит к возникновению двухцепочечных разрывов в ДНК. Проверили они с помощью количественного ПЦР-анализа, проанализировав уровень экспрессии транспозазы Tc1. Выяснилось, что экспрессия Tc1-транспозазы в нагретых C. elegans выше, чем в контрольной группе в 2,4 раза, тогда как в ооцитах значительной разницы не выявили. Однако авторы обращают внимание, что 2,4-кратное увеличение экспрессии гена транспозазы Tc1 вряд ли объясняет 25-кратное учащение повреждений ДНК в сперматоцитах, поэтому уточняют, что мобилизация транспозонов Tc1/mariner — вероятно, лишь одна из причин нарушения генетического аппарата мужских гамет C. elegans при воздействии высоких температур.

Исследование открывает потенциальные возможности глубокого понимания процессов, связанных с нарушениями сперматогенеза у различных организмов при изменении температуры среды. К тому же, оно позволяет рассуждать о наличии определенных механизмов, подавляющих эти патологические процессы в женских гаметах — также многообещающий предмет для изучения.

Вопросы фертильности, в том числе мужской, довольно активно изучаются. Например, уже известны эпигенетические факторы, возникающие вследствие стресса и влияющие на качество спермы. Но если с хроническим стрессом справиться не так просто, то отдать предпочтение определенному виду нижнего белья уже проще и, видимо, имеет смысл, ведь мужчинам в боксерах свойственна более здоровая сперма.

Наталия Миранда

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.