Ученые расшифровали «белок LEGO», который заставляет сперму плавать

Ученые расшифровали белок спермы морского ежа, который также обнаружен у других животных, включая человека, что открывает новые потенциальные возможности для лечения мужского бесплодия и разработки мужского контроля над рождаемостью.

Впервые исследователи разгадали структуру белка, который позволяет сперматозоидам плавать.

Белок находится в клеточной мембране сперматозоидов и помогает транспортировать положительно заряженные ионы натрия и водорода в клетку и из нее. Это важная роль в регулировании pH, содержания и объема клеток, помогая поддерживать их жизнь и здоровье.

«Мы знаем, что этот белок необходим для подвижности сперматозоидов и, следовательно, мужской фертильности, благодаря исследованиям, начиная с морских ежей и заканчивая мышами и человеком», — рассказала Live Science Кристина Паулино, структурный биолог из Центра биохимии Гейдельбергского университета в Германии.
Однако, как показали предыдущие исследования, у разных животных белок функционирует по-разному. Паулино провел большую часть новых исследований в Гронингенском университете в Нидерландах, сосредоточив внимание на белке морских ежей. Данные об этих морских тварях не будут напрямую использоваться в разработке лекарств для повышения рождаемости или контроля над рождаемостью. Но исследование может указать на то, как сперма заимствует приемы у других клеток, чтобы создавать свои собственные уникальные белки.

Исследование было опубликовано в среду (25 октября) в журнале Nature.

По теме: Почему у некоторых животных сперматозоиды в 20 раз длиннее их тела?

Белок под названием SLC9C1 имеет странную смешанную структуру, как показала статья 2018 года.

«Он сочетает в себе невиданные ранее механистические «навыки», — сказал Паулино. Белок состоит из сегмента, который воспринимает напряжение на клеточной мембране, сегмента, который реагирует на крошечные молекулярные посланники, называемые циклическим АМФ, и компонента, который осуществляет фактический ионный обмен. По словам Паулино, структура немного напоминает творение LEGO: «Различные части известны из других белков, но не наблюдались в этой комбинации».

Паулино и ее команда использовали метод криоэлектронной микроскопии для изучения белка. В этом методе образцы охлаждаются до температуры ниже минус 243,4 градусов по Фаренгейту (минус 153 градуса по Цельсию), и через них проходит луч электронов, чтобы получить изображения с высоким разрешением сложных изгибов и поворотов белка.

Команда обнаружила, что у морских ежей этот белок делает внутреннюю часть сперматозоидов более щелочной, то есть основной или менее кислой, путем замены ионов натрия и протонов внутри клетки и из нее. Изменения напряжения клеточной мембраны запускают этот перенос — метод, никогда ранее не встречавшийся в этом конкретном типе мембранного транспортного белка.

«Это примечательно, поскольку транспортер принял или похитил другой строительный блок, обычно встречающийся только в другом классе мембранных транспортеров, а именно ионные каналы», — сказал Паулино.

По словам Паулино, исследователей интересует возможная роль SLC9C1 в мужском бесплодии. Тот факт, что белок специфичен для сперматозоидов, означает, что он может стать мишенью для мужских противозачаточных средств, поскольку любой фармацевтический препарат, который разрушит белок, скорее всего, не повлияет на другие клетки организма.

Однако между пониманием основной функции SLC9C1 у морских ежей и использованием этой информации для разработки неуловимой цели фармацевтического контроля над рождаемостью у мужчин произошел большой скачок, говорит Бенджамин Каупп, химик-биофизик из Боннского университета и Института Макса Планка. Междисциплинарные науки, которые не участвовали в новом исследовании.
Недавняя работа, опубликованная Кауппом и его командой в журнале Nature Communications, показала, что — в отличие от клеток морского ежа — человеческий SLC9C1 не активируется напряжением клеточной мембраны. Неясно, что контролирует человеческую версию белка и даже переносит ли человеческая версия ионы и протоны натрия, как это делает белок морского ежа.

«Вопрос, который сейчас остается нерешенным, заключается в том, что эта молекула делает в сперме млекопитающих вообще или в сперме человека в частности», — сказал Каупп Live Science. «Это обменник протонов натрия? Или он переносит что-то еще? А если это обменник протонов натрия, чем он отличается от морского ежа?»