Главная » Статьи » Японские ученые научились тормозить сперматозоиды с Х-хромосомой

Японские ученые научились тормозить сперматозоиды с Х-хромосомой

Beavis and Butt-head / MTV, 1993-1997

Японские ученые придумали простой способ замедления сперматозоидов
с Х-хромосомой путем избирательной активации рецепторов из семейства TLR. Такая сортировка
сперматозоидов in vitro с последующим искусственным оплодотворением помогла получить
потомство мышей, на 90 процентов состоящее из самцов. Работа опубликована в журнале
PLOS Biology.

В процессе сперматогенеза из диплоидных клеток с набором
хромосом XY образуются гаплоидные сперматозоиды, несущие либо X (женскую),
либо Y (мужскую)
хромосому. Количество тех и других одинаково, поэтому у млекопитающих в
потомстве обычно рождается примерно поровну самцов и самок. Тем не менее, это
соотношение можно изменить искусственно, как это делается в ветеринарии и
медицине. К примеру, для молочной промышленности выгодней сдвинуть соотношение
полов в потомстве телят в сторону женского пола. Выбор пола ребенка на этапе
искусственного оплодотворения иногда используется в медицинских целях, чтобы
избежать проявления сцепленных с полом заболеваний в случае плохой наследственности
(в иных условиях манипулировать полом будущих детей на этом этапе не разрешено).

Выбрать пол на этапе искусственного оплодотворения проще
всего путем разделения сперматозоидов на X-содержащие и Y-содержащие.
Это возможно сделать несколькими способами. Например, за счет незначительных различий
по массе сперматозоиды можно разделить центрифугированием, или пометить носителей
нужной хромосомы флуоресцентной меткой и отобрать их при помощи проточной
цитометрии
. Кроме того, подвижность X- и Y-сперматозоидов
отличается в определенных условиях среды.

Ученые из Университета Хиросимы придумали новый способ
разделения сперматозоидов по подвижности на основе различий в экспрессии генов
на половых хромосомах, и опробовали его на мышах. Хотя по большей части экспрессия
генов в сперматозоидах подавлена, некоторое количество их все же работает, в
том числе на половых хромосомах. Исследователи проанализировали данные РНК-секвенирования
мышиной спермы и выяснили, что на X-хромосоме остаются активными 492 гена из почти трех тысяч. Среди
рабочих генов обнаружилось шесть генов, кодирующих рецепторы, к которым можно подобрать
уникальные лиганды (связывающиеся с ними молекулы).

Авторы выбрали из этого списка гены, кодирующие толл-подобные
рецепторы 7 и 8 (TLR7/8),
которые принимают участие в работе врожденного иммунитета. Исследователи
подтвердили, что они действительно производятся X-содержащими сперматозоидами, но не Y-содержащими. Инкубация
спермы с иммуномодуляторами резиквимодом и имиквимодом, которые специфически
связываются с TLR7 и 8,
привела к уменьшению подвижности экспрессирующих их сперматозоидов.

Ученые выяснили, что торможение вызывает не само по себе
связывание молекулы, а существенное снижение продукции АТФ (клеточного «топлива»)
в результате активации рецепторов. К такому результату приводило либо снижение
активности митохондрии в результате активации TLR8, либо снижение скорости расщепления
глюкозы путем гликолиза в результате активации TLR7.

В результате искусственного оплодотворения отобранной по
подвижности «быстрой» Y-фракцией
спермы количество мышат мужского пола составило 90 процентов (69 эмбрионов с
генотипом XY из 77
полученных эмбрионов). Для X-фракции
результат оказался хуже, лишь 70 процентов потомства оказалось самками.

Авторы работы не проверяли, экспрессируются ли TLR7/8 на X-сперматозоидах разных видов
млекопитающих, однако предполагается, что активность этих генов довольно консервативна.
Кроме того, авторы ранее показали, что другие гены этого семейства, TLR2 и 4, работают в
человеческой и свиной сперме, поэтому разработанная технология потенциально
применима и для других видов.

Недавно мы рассказывали, как ученые предложили сдвигать
соотношение полов в помете мышей при помощи технологии CRISPR-Cas9. Комбинация встроенных кассет, кодирующих
белок Cas9 и гидовую РНК против важных генов на Y-хромосоме, делало потомство
мужского пола нежизнеспособным.

Бывают случаи, когда хромосомный пол не соответствует
фактическому — об этом можно почитать в нашем материале «Легко ли стать
мужчиной»
.

Дарья Спасская