Сперматозоиды на протонной тяге
С помощью оценки электрического тока, проходящего через мембрану сперматозоидов, исследователи университета Калифорнии в Сан-Франциско (обратите внимание на их фамилии – то ли радоваться этому, то ли наоборот) идентифицировали мембранный канал, высвобождающий поток протонов из сперматозоида, что запускает его движение вверх по фаллопиевой трубе навстречу яйцеклетке. Полученные авторами результаты опубликованы в журнале Cell от 5 февраля в статье Polina V. Lishko, Inna L. Botchkina, Andriy Fedorenko, Yuriy Kirichok «Acid Extrusion from Human Spermatozoa Is Mediated by Flagellar Voltage-Gated Proton Channel».
Покоящиеся внутри семенных желез сперматозоиды неподвижны. Однако после эякуляции, когда сперма попадает во влагалище, уровень рН внутри сперматозоидов повышается (т.е. сдвигается в щелочную сторону), что запускает их движение по направлению к фаллопиевым трубам. После первого рывка они на некоторое время застревают в липких складках покрывающей фаллопиевы трубы слизистой оболочки и отдыхают до тех пор, пока новый, нерасшифрованный на сегодняшний день механизм снова не повысит их внутриклеточный уровень рН и не инициирует их финальный забег на пути к яйцеклетке. Эта последовательность событий известна ученым уже не одно десятилетие, однако многие аспекты запускающих ее механизмов до сих пор остаются загадкой.
Внутри покоящихся сперматозоидов содержится огромное количество протонов. В момент активации идентифицированный авторами белок – протонный канал Hv1 формирует в мембране сперматозоида пору, через которую клетка буквально выбрасывает наружу поток протонов, что и приводит ее в движение. (На снимке белок Hv1 окрашен зеленым, синие пятна – это ядра сперматозоидов, красные – митохондрии.)
Авторы идентифицировали протонный канал Hv1 с помощью разработанной Киричком в 2006 году методики, впервые позволившей применить к сперматозоидам человека метод локальной фиксации потенциала (или «пэтч-кламп», от английского patch-clamp). Для осуществления этого метода к сперматозоидам прикрепляют крошечные стеклянные электроды, позволяющие измерить поток ионов, пересекающих мембрану клетки. Это предоставило авторам возможность в реальном времени наблюдать протоны, активно высвобождаемые клеткой через протонные каналы.
В течение нескольких десятилетий исследователи безуспешно предпринимали попытки провести подобный эксперимент. Метод локальной фиксации потенциала широко используется для изучения различных типов клеток, однако до сих пор никому не удавалось применить его к сперматозоидам человека, которые гораздо мельче мышиных.
Исследователям пока не известны механизмы, открывающие канал Hv1. Одним из возможных объяснений является то, что изменение внешнего уровня рН при попадании сперматозоида во влагалище может инициировать движение ионов из клетки через мембранный канал. Согласно другой гипотезе, активность протонных каналов блокируют содержащиеся в сперматозоидах ионы цинка, которые легко абсорбируются слизистой оболочкой влагалища и фаллопиевых труб. Возможно, период покоя сперматозоидов в фаллопиевых трубах продолжается до тех пор, пока достаточное количество ионов цинка не выйдет из клетки, что и является сигналом к финальному забегу.
Канал Hv1 открывается также в присутствии эндоканнабиноидных соединений, в норме присутствующих как в мужском, так и в женском репродуктивном тракте. У курильщиков марихуаны могут быть проблемы с зачатием из-за содержащегося в «травке» тетрагидроканнабинола, который чрезмерно активирует протонные каналы, что может привести к преждевременной гибели сперматозоидов.
Авторы считают, что их находка открывает новые перспективы в разработке как противозачаточных средств, так и препаратов для лечения мужского бесплодия. Киричок также добавляет, что выброс протонов из сперматозоидов запускается физиологией женского организма, поэтому, если в будущем специалистам удастся создать контрацептивы на основе блокаторов канала Hv1, они будут предназначены в первую очередь для женщин, хотя теоретически возможно создание и вариантов «унисекс».
Однако специалисты отмечают, что каналы Hv1 встречаются во многих клетках организма, в особенности в клетках иммунной системы, что значительно затруднит разработку подобных препаратов.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Scientist: Sperm motility secrets revealed.
05.02.2010