Ингибитор калиевых каналов в сперматозоидах оказался потенциальным контрацептивом
А нарушения в работе ионного канала помогут лучше объяснить случаи мужского бесплодия
Репродуктологи из США изучили процесс активации сперматозоидов человека. Оказалось, мужские гаметы обретают способность к оплодотворению благодаря току ионов калия через каналы в мембране клетки. Ученые обнаружили вещество, которое селективно блокирует калиевые каналы сперматозоидов и может предотвратить оплодотворение. Открытие может помочь разобраться в причинах мужского бесплодия, а также создать новое средство контрацепции. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В процессе оплодотворения сперматозоид сливается с яйцеклеткой, — их ДНК объединяются и формируется зигота, из которой в последующем развивается плод. Для того, чтобы повысить шансы успешного оплодотворения, за одну эякуляцию в половые пути женщины выбрасываются миллионы сперматозоидов. Но даже когда одному сперматозоиду удается достичь яйцеклетки, чтобы доставить ДНК, — ему необходимо пробиться сквозь ее многослойную оболочку. Сами по себе сперматозоиды не фертильны, пока вещества в половых путях женщины не приведут к активации сперматозоидов — капацитации. А капацитация, в свою очередь, необходима для разблокировки акросомальной реакции — выбросу большого количества различных ферментов для растворения оболочек яйцеклетки и проникновения сперматозоида.
Для успешной капацитации сперматозоид должен перейти в состояние гиперполяризации, — накопить внутри клетки большой отрицательный заряд. Достоверно известно, что у мышей за гиперполяризацию отвечают калиевые каналы типа SLO3. Каналы активируются под действием pH, — положительно заряженные ионы калия выводятся из клетки во внеклеточное пространство, и внутри клетки накапливается отрицательный заряд. До сих пор не было доказано, что SLO3 аналогично работает у человека. По некоторым данным, калиевый ток в сперматозоидах человека активировался не только изменением pH, но и повышением внутриклеточного кальция. Кроме того, не было полностью исключено влияние другого канала — SLO1.
Селия Санти (Celia Santi) и ее команда из Медицинской школы Вашингтонского университета решили отыскать вещество, которое могло бы селективно блокировать SLO3, но не SLO1, — и так образом проверить роль SLO3 в активации человеческих сперматозоидов. Для начала они добились экспрессии SLO3 и SLO1 на моноклональных клетках и опробовали на них 50240 соединений, из которых 53 успешно ингибировали рецептор SLO3. Самым многообещающим оказался VU0546110, в концентрации десять микромоль он полностью прекращал токи через SLO3 и практически не влиял на SLO1.
Чтобы убедиться в том, что блокирование SLO3 приведет к нарушению возбуждения сперматозоидов, исследователи специально активировали мужские гаметы добавлением кальция или прогестерона. При этом добавление VU0546110 значительно снижало индукцию акросомной реакции и активацию подвижности сперматозоидов. Ученые выдерживали клетки в состоянии капацитации в течение одного часа, а затем в течение минуты инкубировали с VU0546110. Начиная с 0,5 микромоль VU0546110 подвижность клеток заметно снижалась, а 10 микромоль VU0546110 подавляли гиперактивированную подвижность на целых 70 процентов.
В сперматозоидах VU0546110 одинаково хорошо ингибировал калиевый ток при содержании кальция от 0 до 50 микромоль и в диапазоне pH от 5,8 (сильно кислой) до 8 (щелочной), — т.е. на всем физиологическом диапазоне колебаний среды в женских половых путях.
Это исследование позволило точно установить, что у человека за гиперполяризацию сперматозоидов отвечает SLO3 без участия других каналов. VU0546110 —высокоселективное к SLO3 вещество обратимо ингибировало капацитацию и акросомную реакцию в сперме, а значит, потенциально может быть использовано в качестве контрацептива. А мутации в гене KCNU1 — который кодирует калиевый канал SLO3, могут быть причиной мужского бесплодия.
С каждым годом у ученых все лучше получается контролировать процесс размножения. Так, например, в Израиле кур научили давать потомство только женского пола, что поможет упростить животноводство. А другая группа биологов смогла получить первичные половые клетки из кожи северного белого носорога, — так появился шанс восстановить популяцию вымершего вида.
Стало больше бактерий, характерных для влажной среды
Канадские ученые проанализировали кожный микробиом у людей в районе ушного пирсинга и выяснили, что эта процедура значительно влияет на разнообразие микробных сообществ кожи. Как сообщается в Proceedings of the Royal Society B, после прокола на коже стали превалировать бактерии, характерные для влажной среды, в том числе Staphylococcus epidermidis. Дивергенция сообществ сосуществующих видов бактерий может быть вызвана изменяющимися условиями окружающей среды, однако и стохастические (случайные) процессы — порядок и сроки миграции, случайное истребление популяции — могут играть в ней значительную роль. Процессам пересборки микробных сообществ человека после их патологических изменений стало уделяться все больше внимания в сообществе микробиологов и клиницистов, поскольку они могут использоваться при лечении тех или иных болезней. В частности, врачей и ученых интересует кожный микробиом. Известно, что наиболее распространенными родами бактерий, заселяющих кожу человека, являются Cutibacterium, которые встречаются в основном на участках с высокой активностью сальных желез, и Staphylococcus, которые доминируют на влажных участках. Бактериальные сообщества кожи защищают ее от патогенных бактерий, и сдвиги в ее микробиоме связаны с развитием атопического дерматита, псориаза, угрей и хронических ран. Эти сдвиги могут быть вызваны различными факторами (использование косметики и кремов для местного применения, пребывание на солнце, минеральные ванны и переезды), однако пока никто не изучал, как на них влияет пирсинг. Роуэн Барретт (Rowan Barrett) с коллегами из Макгиллского университета впервые исследовала, как прокалывание ушей меняет местный микробиом кожи. Для этого авторы изучали образцы микробиома с места прокола ушей 28 человек через 12 часов, один день, три дня, одну неделю и две недели после прокола. Проанализировав ампликонные последовательности, они выяснили, что прокалывание мочки уха связано со значительным увеличением разнообразия вариантов этой последовательности, то есть в месте прокола увеличилось разнообразие микроорганизмов. Через две недели ученые зафиксировали значительное увеличение бета-разнообразия. Они предположили, что в месте прокола увеличится число бактерий, для которых подходит более влажная среда, образующаяся за счет экссудации после повреждения кожи. Через две недели после прокола ученые обнаружили в микробиоме пирсинга доминирование актинобактерий (Actinomycetota) и фирмикутов (Bacillota), за которыми следовали протеобактерии (Pseudomonadota) с относительно небольшим количеством бактероидов (Bacteroidetes). Актинобактерии в основном были представлены семействами Propionibacteriaceae и Corynebacteriaceae, в частности родами Cutibacterium и Corynebacterium. Фирмикуты в основном включали роды Staphylococcus и Streptococcus. Основными таксонами микробиома пирсинга стали Cutibacterium acnes и Staphylococcus epidermidis. При этом за время наблюдения относительная численность C. acnes значительно снизилась, а S. epidermidis — значительно увеличилась. Эти данные помогут в дальнейшем подробнее изучить, как эти изменения могут влиять на здоровье людей. Например, известно, что дисбаланс между C. acnes и S. epidermidis способствует воспалению кожи за счет выработки цитокинов, а S. epidermidis чаще всего становится причиной инфекции на центральных венозных катетерах и суставных протезах. Пирсинг — болезненная процедура. Не менее болезненно и нанесение татуировки, однако эти страдания могут помочь ученым. В нашем материале «Тату во имя науки» мы поговорили с учеными и тату-мастерами, которые исследовали механизмы боли на добровольцах, пожелавших сделать татуировку.
