Созревающие сперматозоиды насыщаются полноразмерными информационными РНК, которые переносятся в яйцеклетку, что позволяет предположить новый путь отцовского влияния.
Долгое время считалось, что сперматозоиды - это усовершенствованные средства доставки ДНК, которые переносят в яйцеклетку не более чем отцовские гены. Но новое исследование показывает, что у мышей сперматозоиды могут передавать влияние отца другим способом. Во время прохождения через придаток яичка, спиральную трубку, где они созревают после выхода из яичек, сперматозоиды получают информационные РНК (мРНК), РНК-транскрипты генов, которые содержат генетические инструкции по производству белков. Эти мРНК, по-видимому, переносятся в оплодотворенную яйцеклетку, где они могут влиять на развивающийся эмбрион.
Результаты, опубликованные на прошедшей неделе в журнале Nucleic Acids Research, “потенциально очень важны”, - считает генетик Блюма Леш, которая изучает регуляцию генов в сперматозоидах и яйцеклетках и не принимала участия в исследовании. Исследователи уже знали, что сперматозоиды переносят небольшие РНК, фрагменты РНК, которые могут подавлять экспрессию генов и которые участвуют в передаче потомству последствий отцовской диеты, стресса и физических упражнений. Но мРНК могут быть гораздо более прямым способом отцовского влияния, говорит Леш, хотя их фактическое воздействие на эмбрионы пока не ясно.
Известно, что сперматозоиды, готовящиеся покинуть яички, путешествуют налегке: на заключительных стадиях развития они лишаются большей части своего клеточного багажа. Исследователи обычно предполагали, что они могут нести только фрагменты мРНК, а не полноценные функциональные молекулы. Но “история мРНК была совершенно не изучена”, - говорит Колин Конин, эпигенетик из Пенсильванского университета, чья лаборатория возглавляла новое исследование. Ученые проанализировали последовательность мРНК в сперматозоидах мышей, в клетках, выстилающих придаток яичка, и в крошечных пузырьках, называемых эпидидимосомами, которые переносят молекулярный груз между собой. Они обнаружили, что сперматозоиды накапливают мРНК, перемещаясь по всей длине придатка. Эксперименты в лабораторных условиях выявили источник этих молекул. Эпидидимосомы из последнего отдела придатка яичка, где сперматозоиды завершают свое созревание, могли передавать свои мРНК незрелым сперматозоидам, и эти транскрипты соответствовали тем, которые сперматозоиды получают естественным путем во время транспортировки.
Исследователи также обнаружили, что некоторые мРНК, присутствующие в зрелых сперматозоидах, отсутствуют в неоплодотворенных яйцеклетках, но появляются в зиготах после оплодотворения, что позволяет предположить, что сперматозоиды доставляют эти транскрипты эмбриону, говорит Конин. Поскольку условия окружающей среды могут спровоцировать выработку мРНК у отца, наблюдаемый перенос мРНК “действительно устанавливает механизм того, как окружающая среда может напрямую влиять на сперматозоиды, а затем потенциально влиять на следующее поколение”, - сообщает Конин.
Чтобы выяснить, действительно ли доставляемая сперматозоидом РНК влияет на эмбрионы, исследователи ввели длинные последовательности РНК в яйцеклетки партенотов - мышей, яйцеклетки которых начали делиться и развиваться без участия сперматозоидов. Они обнаружили, что инъекции изменили экспрессию генов в клетках, сделав их похожими на нормально оплодотворенные эмбрионы. (авторы использовали РНК длиной более 200 нуклеотидов, но не мРНК, которую, по словам Конина, было трудно очистить в достаточных количествах.) Результаты показывают, что крупные РНК из сперматозоидов “могут что-то делать после оплодотворения, регулируя экспрессию эмбриональных генов”, - говорит Конин.
Возможно, этот механизм применим не только к мышам. Исследователи также проанализировали последовательности мРНК зрелой человеческой спермы и обнаружила аналоги многих мРНК, найденных в сперме мышей, что позволяет предположить, что люди также могут передавать сообщения РНК своему потомству таким образом. Леш изначально скептически относилась к тому, что интактные мРНК могут сохраняться в зрелой сперме, но группа Конина “проделала хорошую работу, подтвердив наличие полноразмерных мРНК”, - говорит она. Что касается того, действительно ли эти мРНК функционируют в эмбрионах — транслируясь в белки или влияя на развитие другими способами, — она предупреждает, что эксперименты с партенотами являются “принципиальным доказательством того, что это может произойти. Но я не думаю, что это полностью доказывает, что что-то действительно происходит”.
РНК-биолог Эрик Миска, изучающий эпигенетическую наследственность, отмечает, что остаются нерешенными важные вопросы. “Мы видим как все больше видов РНК перемещается из одной ткани в другую, но показать, как мРНК влияют на эмбриональное развитие будет непросто. Самое главное - выяснить, как интерпретируется эта информация”.
