Проверено Эмили Хендерсон, бакалавр наук 23 октября 2020 г.

Биологи из Университета Орегона использовали модельный организм Caenorhabditis elegans для определения молекулярных механизмов, которые вызывают повреждение ДНК в сперматозоидах и способствуют мужскому бесплодию после воздействия тепла.

У людей оптимальная температура для производства спермы чуть ниже температуры тела, в диапазоне примерно 90-95 градусов по Фаренгейту. Исследования на людях показали, что воздействие температур всего на 1 градус Цельсия (1,8 F) выше этой нормы. По словам Дианы Либуда, профессора кафедры биологии и Института молекулярной биологии, диапазон отрицательно влияет на мужскую фертильность.

Феномен мужского бесплодия, вызванного высокой температурой, хорошо известен, и эффекты современного воздействия тепла, такого как горячие ванны, тесная одежда и чрезмерное время в пути, были тщательно изучены. Основные механизмы, которые повреждают сперму и ухудшают оплодотворение, полностью не изучены.

И у людей, и у C. elegans относительно небольшое повышение температуры достаточно для снижения мужской фертильности ».

Диана Либуда, профессор кафедры биологии и Института молекулярной биологии

Повышение на 2 C (3,6 F) выше нормы у C. elegans, типа аскариды, привело к 25-кратному увеличению повреждения ДНК в развивающихся сперматозоидах по сравнению со спермой, не подвергавшейся воздействию. Яйца, оплодотворенные этими поврежденными сперматозоидами, не дали потомства.

Это фундаментальное исследовательское открытие подробно описано в статье, опубликованной 15 октября в журнале Current Biology исследователями из лаборатории UO Либуды. Постдокторант Николь А. Курханевич – ведущий автор исследования.

Исследование предоставляет ученым план проведения исследований на млекопитающих и людях, чтобы подтвердить, способствуют ли одни и те же механизмы мужскому бесплодию, – сказал Р. Скотт Хоули, эксперт по исследованию мейоза, не участвовавший в исследовании.

Хоули, член Национальной академии наук и почетный декан аспирантуры Института медицинских исследований Стоуэрса в Канзас-Сити, штат Миссури, услышал о предварительных результатах на академической конференции.

«Я думаю, что это отличительный документ, потому что он показывает воздействие окружающей среды, которое изменяет определенные последовательности ДНК и, предположительно, белки, которые контролируют их активность», – сказал Хоули. «Работа Дианы и Николь позволила четко определить, что идет не так на уровне молекул, когда производство спермы изменяется под воздействием тепла, по крайней мере, у червей»

Эта статья также помогает понять, чем мейоз, процесс, который производит половые клетки, различается между сперматозоидами и яйцеклетками.

Сперма, самая маленькая клетка в теле человека, миллиардами образуется при температурах ниже температуры тела и производится на протяжении всей жизни взрослого человека. Яйца, самые большие клетки в организме человека, образуются внутри, где поддерживается постоянная температура, и производятся только в течение ограниченного времени во время развития плода.

«Мы знаем, что развитие сперматозоидов очень чувствительно к повышению температуры, а на развитие яйцеклеток это не влияет», – сказал Курханевич. «Данные, представленные в этой статье, предполагают, что другой способ развития яйцеклетки и сперматозоидов по-разному заключается в том, насколько жестко они контролируют способность мобильных элементов ДНК, которые также известны как« прыгающие гены »или транспозоны, перемещаться в геноме, и насколько они чувствительны. эти механизмы препятствуют тепловому стрессу »

Транспозоны – это сегменты ДНК, которые перемещаются и изменяют генетическую информацию, вставляя себя в новые позиции. Они также оставляют после себя повреждения ДНК. Движение этих «прыгающих генов» обычно подавляется в развивающихся сперматозоидах и яйцеклетках. Однако это исследование показало, что под воздействием тепла транспозоны перемещаются именно в развивающихся сперматозоидах.

Исследовательская группа использовала микроскопию для наблюдения за развитием сперматозоидов и яйцеклеток как в нормальных условиях, так и в условиях теплового стресса. В последнем случае исследователи обнаружили большее количество повреждений ДНК в сперме, но не яйцеклетке. Используя секвенирование генома следующего поколения, они также определили расположение транспозонов по всему геному с воздействием тепла и без него.

«Мы обнаружили, что после теплового шока определенные транспозоны обнаруживаются в новых и более вариабельных участках мужского генома», – сказал Курханевич.

Исследование, по словам Хоули, не только показывает, что небольшое повышение температуры влияет на мейотические деления, но также определяет механизм – не только в том, где возникает ошибка, но и в том, что это за ошибка.

«Вот где становится интересно», – сказал он. «Если мы сможем определить, насколько изменение является плохим, и если вас действительно беспокоят вопросы окружающей среды, такие как джакузи или« боксеры против трусов », такое молекулярное понимание может позволить нам переосмыслить дискуссию на твердой научной основе. "