До недавнего времени считалось, что сперматозоиды служат только носителями ДНК в яйцо. Современные исследования показали, что сперматозоиды имеют более сложную функцию, содержащую специфические некодирующие молекулы РНК, которые участвуют в эпигенетической регуляции раннего эмбрионального развития (процессы, с помощью которых активность генов без изменений в изменениях последовательности ДНК). Эти небольшие контакты включают микрокрикнические (miRNA), PIRNA (PIRNA), PNTEN-производители тРНК (тсРНК, которые представляют собой небольшие ПК, полученные из транспортных контактов) и другие классы регуляторной функции.
Эти молекулы РНК не кодируют белки, но выполняют регуляторную функцию. Они влияют на активность генов двумя основными механизмами. Первый — это соединение с матричной РНК (молекула, которая переносит генетическую информацию от ДНК в рибосомы), которая блокирует синтез соответствующего белка. Второй механизм заключается в изменениях в структуре хроматина (обмотка и доступность ДНК в клеточном ядре), что определяет, транскрибируется ли ген.
Какие типы небольших булавок встречаются в сперме?
Микрограммы представляют собой короткие некодирующие молекулы около 21-23 нуклеотидов, которые подавляют трансляцию (трансляцию) специфических матричных штифтов или приводят к их деградации. В контексте сперматозоида обнаружено наличие уникального микропрофиля, которое отличается от присутствия в соматических клетках (то есть всех клеток организма вне сексуального) и отражает курс сперматогенеза. Исследования млекопитающих показали, что определенные микрофонры необходимы критически для нормального курса первого деления митотического происхождения после оплодотворения.
PIRNA представляют собой более длинные некодирующие молекулы РНК, связанные с пиуви-битами (специфические регуляторные белки, в основном экспрессируемые в гениталиях). Они подавляют активность транспорта — секции ДНК, которые могут быть перемещены в геноме и вызывают мутации. Это особенно важно во время сперматогенеза, когда генетическая стабильность имеет решающее значение. PIRK особенно активны на ранних стадиях сперматогенеза и служат «эпигенетическим фильтром», который предотвращает неконтролируемую активность генов в зародышевых клетках.
Небольшие банкноты, полученные из фрагментов транспортных штифтов (тРНК), давно рассматривались как функция без функции. Тем не менее, новые данные показывают, что они участвуют в контроле синтеза белка и в клеточных реакциях на стресс во время сперматогенеза.
Три группы небольших булавок, наряду с другими некодирующими булавками, накапливаются в зрелой сперме. После оплодотворения они входят в яйцо и участвуют в начальной активации генов в зиготе, направляя начальные стадии эмбрионального развития.
Как РНК сперматозоидов передает эпигенетическую информацию?
Исследования в последние годы показывают, что ожирение, хронический стресс, курение и несбалансированное питание могут изменить состав небольших булавок в сперме. Эти эпигенетические изменения не влияют на последовательность ДНК, но передаются в оплодотворенное яйцо и влияют на активацию генов в раннем эмбрионе.
Передача приобретенных характеристик от отца в поколение определяется как эпигенетическое наследование. Попытки обнаружили, что определенные фрагменты транспортных средств, передаваемые через сперму, могут привести к нарушению метаболизма глюкозы и изменениям в реакции на стресс в генерации.
Небольшие булавки сперматозоидов могут служить маркерами оценки сперматогенеза молекулярного сперматогенеза и прогнозирования оплодотворения in vitro. Исследования показали, что мужчины с нарушением формирования сперматозоидов обнаруживают четкие изменения в содержании микрокей, некоторые из которых связаны со сниженной вероятностью беременности.
Изучено, может ли улучшить активность определенных миккроек, может улучшить качество спермы. До настоящего времени эти попытки находятся на экспериментальном уровне, но считаются возможностью для будущего использования при лечении бесплодия у мужчин.
Одним из основных трудностей в введении этих результатов в клинической практике является отсутствие стандартизированных методов выделения и анализа малого эякулята или ткани яичка. Кроме того, еще не было установлено, какие микрокфраки и тРНК-фрагменты имеют наиболее значительное функциональное значение (реальная роль в регуляции генов, сперматогенез или раннего эмбрионального развития).
Необходимы более крупные и долгосрочные исследования в отношении взаимосвязи между профилем малых приступов в сперме и здоровьем поколения. Еще не было прояснено, оказывают ли эти молекулы функциональное влияние на естественную концепцию, вспомогательное воспроизведение или в обоих случаях.
Ссылки:
1. Шарма У, Конин С.К., Ши Дж. М., Боскович А., Дерр А.Г., Бинг XY и др. Биогенез и функция фрагментов тРНК во время зрелости сперматозоидов и оплодотворения у млекопитающих. Наука. 2016; 351 (6271): 391-396. Doi: 10.1126/science.aad6780.
2. Gapp K, Jawaid A, Sarkies P, Bohacek J, Pelczar P, Prados J, et al. Последствия РНК сперматозоидов при наследстве трансгенерации воздействия ранней травмы у мышей. Nat Neurosci. 2014; 17 (5): 667-669. Doi: 10.1038/nn.3695.
3. Conine CC, Sun F, Song L, Rivera-Pérez JA, Rando Oj. Небольшие РНК, полученные во время эпидидимального транзита спермы, необходимы для эмбрионального развития у мышей. Разработчик клеток. 2018; 46 (4): 470-480.e3. Doi: 10.1016/j.devcel.2018.06.024.
4. Liu Wm, Pang RT, Chiu PC, Wong BP, Lao K, Lee KF, et al. Для первого деления расщепления на мыши требуется микроРНК, передаваемая сперматозоидами. Proc Natl Acad Sci USA. 2012; 109 (2): 490-494. Doi: 10.1073/pnas.1110368109.
5. Jodar M, Sendler E, Moskovtsev SI, Librach CL, Goodrich R, Swanson S, et al. Абснс сперматозоидов РНК коррелирует с идиопатическим мужским бесплодием. Sci Transl Med. 2015; 7 (295): 295RE6. Doi: 10.1126/scitranslmed.aab1287.