Биологи выяснили, что три четверти самцов дрозофил становятся бесплодными, если нуклеотидная матрица, с которой синтезируется белок Orb2, теряет свой «хвост». В результате не происходит созревание сперматозоидов. Поскольку базовые механизмы образования половых клеток у дрозофил и человека похожи, эти результаты помогут объяснить некоторые причины мужского бесплодия и найти способ его лечения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Development.
У многих организмов, включая человека, разнообразные биологические процессы, такие как развитие зародыша и созревание мужских и женских половых клеток, регулируются белками семейства СРЕВ. У дрозофилы это семейство представлено двумя белками: Orb и Orb2, при этом первый выполняет, в основном, «женские» функции, а второй — «мужские». Кроме того, что белки СРЕВ управляют синтезом других белков, они осуществляют саморегуляцию, то есть контролируют своё собственное расположение и количество в клетке. Это происходит благодаря тому, что их мРНК — матрица, с которой синтезируются белки, — имеет на конце особый участок — 3’-нетранслируемую область (3’НТО). Благодаря наличию в этой области специальных зон посадки (СPE), на нее могут садиться белки CPEB, и тогда они вместе с мРНК доставляются в ту область клетки, где они должны работать.
Научная группа из Института биологии гена РАН (Москва), Национального научного центра морской биологии имени А. В. Жирмунского (Владивосток), Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (Москва) с коллегами из Принстонского университета (США) изучили роль 3’НТО-«хвоста» гена orb2 в созревании сперматозоидов у дрозофил, «вырезав» эту последовательность методом редактирования генома CRISPR/Cas9.
Выяснилось, что такая операция привела к тому, что 75% мух стали бесплодными. Причиной было то, что у них нарушилось развитие сперматид — клеток-предшественников сперматозоидов. На ранних этапах сперматида представляет собой округлую неподвижную клетку, затем у нее формируется жгутик (хвост), и она становится сперматозоидом. Биологи выяснили, что у мух с укороченной мРНК гена orb2 неправильно образовывался жгутик, который впоследствии должен был обеспечивать подвижность сперматозоидов. Это происходило потому, что белок Orb2 и его мРНК находились не в той части сперматид, где они работают в норме. Это говорит о том, что 3’НТО гена orb2 необходима для правильной доставки его мРНК и белка в сперматидах, а если ее удалить, эти важные регуляторы сперматогенеза не попадут в нужное место.
«Семейство белков СРЕВ очень консервативно — они схожим образом контролируют созревание половых клеток у разных организмов. Например, у человека нарушение гена СРЕВ1 вызывает синдром истощения яичников, ведущий к бесплодию. Наши данные показали ключевую роль саморегуляции orb2 в процессе сперматогенеза у дрозофил. Полученные выводы помогут в изучении роли белков CPEB в этом процессе и у человека, что, несомненно, имеет важное медицинское значение», — рассказывает Рудольф Гильмутдинов, младший научный сотрудник Института биологии гена РАН.