Plemnik wchodzi do komórki jajowej, rozwija się zarodek i ostatecznie rodzi się dziecko. Ale cofnijmy się o sekundę – w jaki sposób pół-genom matki rzeczywiście łączy się z pół-genomem ojca, tworząc jeden nowy genom ludzki? Okazuje się, że badacze tak naprawdę nie wiedzą zbyt wiele o tych stosunkowo krótkich, ale kluczowych momentach zapłodnienia.

Natychmiast po zapłodnieniu komórki jajowej enzym SPRK1 prowadzi pierwszy krok w rozplątywaniu genomu plemnika, ustawiając specjalne białka pakujące zwane protaminami, które otwierają ojcowski DNA i pozwalają na poważną reorganizację – wszystko w ciągu kilku godzin. Źródło: Lan-Tao Gou

Naukowcy z University of California San Diego School of Medicine odkryli, że enzym SPRK1 jest pierwszym krokiem w rozplątywaniu genomu plemników, wykopując specjalne białka pakujące, które otwierają ojcowski DNA i pozwalają na poważną reorganizację – wszystko w ciągu kilku godzin .

Badanie opublikowano 12 marca 2020 roku w Cell.

„W tym badaniu byliśmy po prostu zainteresowani odpowiedzią na podstawowe pytanie dotyczące początku życia” – powiedział autor Xiang-Dong Fu, wybitny profesor na Wydziale Medycyny Komórkowej i Molekularnej w UC San Diego School of Medicine. „Ale w trakcie tego procesu odkryliśmy krok, który może być wadliwy dla niektórych osób i przyczynić się do trudności w poczęciu pary. Teraz, gdy wiemy, że SPRK1 odgrywa tutaj pewną rolę, jego potencjalną rolę w bezpłodności można dalej badać”.

Plemniki mogą być do 20 razy mniejsze niż normalna komórka w ciele. I choć niosą tylko o połowę mniej materiału genetycznego niż zwykła komórka, w celu dopasowania muszą zostać złożone i „zapakowane” w specjalny sposób. Jednym ze sposobów natury jest zastąpienie histonówbiałek, wokół których nawijany jest DNA, takich jak koraliki na naszyjniku – innym typem białka zwanym protaminami.

Zespół Fu od dawna badał SPRK1 z zupełnie innego powodu: jego zdolności do składania RNA – ważnego kroku, który umożliwia translację genów na białka. Wcześniej wykazali, że SPRK1 jest nadmiernie aktywowany w przypadku nowotworu okrężnicy, i opracowali inhibitory do tłumienia enzymu.

W 1999 r., Wkrótce po opublikowaniu przez Fu artykułu, który po raz pierwszy opisał rolę enzymu w składaniu RNA, grupa badawcza w Grecji zauważyła podobieństwa w sekwencji bloków budujących aminokwasy, które tworzą substraty SPRK1 (białka, na które działa enzym) i protaminę. Fu zastanawiał się nad tym od lat, ale nie miał wiedzy i narzędzi do badania rozwoju nasienia. W 2015 r. Dr Lan-Tao Gou udzielał wywiadu na stanowisko badacza postdoktoralnego, gdy Fu zdał sobie sprawę, że dzięki doświadczeniu Gou w spermatogenezie w końcu miał odpowiednią osobę do pracy.

„Powiedziałem Lan-Tao, zróbmy coś, czego nikt inny nie robi. Mam teorię, a ty masz wiedzę specjalistyczną” – powiedział Fu. „Więc pożyczyliśmy potrzebny sprzęt i wykorzystaliśmy podstawowe udogodnienia, które mamy tutaj na UC w San Diego.

„I co zaskakujące, wszystko, co próbowaliśmy, poparło naszą hipotezę – SRPK1 prowadzi podwójną rolę, zamieniając protaminy na histony, gdy plemniki spotkają komórkę jajową”.

Według Fu, SPRK1 najprawdopodobniej zaczął odgrywać tę rolę we wczesnej embriogenezie, a następnie rozwinął zdolność do łączenia RNA. W ten sposób SPRK1 może się trzymać, nawet jeśli nie jest już potrzebne do embriogenezy.

Fu, Gou i zespół następnie chcą ustalić sygnały, które instruują plemniki do synchronizacji z genomem matki.

„Mamy teraz mnóstwo nowych pomysłów” – powiedział Fu. „Im lepiej rozumiemy każdy krok w procesie spermatogenezy, zapłodnienia i embriogenezy, tym bardziej prawdopodobne jest, że będziemy w stanie pomóc w przypadku par mających problemy z rozmnażaniem”.

 

 

 

Źródło: phys.org