Во время одной эякуляции миллионы сперматозоидов отправляются в трудный путь к яйцеклетке. На пути ждут многочисленные испытания. К ним относятся кислая среда во влагалище, слизь шейки матки, которая может действовать как барьер или фильтр, множество неправильных поворотов внутри матки и последняя трудность проникновения в саму яйцеклетку, которая заключена в защитный слой, называемый прозрачной зоной.

Только несколько сотен счастливых сперматозоидов действительно приближаются к яйцеклетке. Но в итоге победитель только один.

Исследователи из Каролинского института в Швеции совершили прорыв в понимании того, как точно регулируется оплодотворение у млекопитающих. Они обнаружили, что сразу после того, как яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, окружающая яйцеклетка уплотняется, действуя как жесткий барьер, останавливающий появление дополнительных сперматозоидов. Этот критический процесс, подробно описанный впервые, предотвращает потенциально летальное для эмбриона состояние — полиспермию. В этом состоянии несколько сперматозоидов сливаются с одной яйцеклеткой и могут сделать ее нежизнеспособной.

Таинственная яичная шуба

Команда использовала передовые методы, такие как рентгеновская кристаллография и криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ), чтобы расшифровать трехмерную структуру белков яичной оболочки. Они также использовали программу искусственного интеллекта AlphaFold от Google, чтобы предсказать структуру яичной оболочки человека, сочетая это с функциональными исследованиями на мышах, чтобы выяснить, как мутации в белке ZP2 влияют на фертильность.

Исследование раскрыло структуру и важнейшую функцию белка ZP2 в яичной оболочке. Именно трансформация ZP2 после оплодотворения создает непроницаемый барьер для дополнительных сперматозоидов, гарантируя, что только один сперматозоид сможет оплодотворить яйцеклетку. Это открытие, сделанное профессором Лукой Джовином из Каролинского института, знаменует собой значительный шаг вперед в репродуктивной биологии.

«Было известно, что ZP2 расщепляется после того, как первый сперматозоид проникает в яйцеклетку, и мы объясняем, как это событие делает оболочку яйцеклетки более твердой и непроницаемой для других сперматозоидов», — говорит Лука Йовин, профессор кафедры биологических наук и питания Каролинского института. , который руководил исследованием.

Изменения в защитном слое, окружающем яйцеклетку после оплодотворения, играют жизненно важную роль в женской фертильности. Эта оболочка защищает эмбрион на ранних этапах его развития, пока он надежно не прикрепится к матке. Это открытие может привести к разработке новых методов контрацепции, которые не основаны на гормонах, а нацелены на формирование защитного слоя яйцеклетки. Это также могло бы объяснить некоторые случаи женского бесплодия, связанные с покрытием яиц.

«Мутации в генах, кодирующих белки яичной оболочки, могут вызывать женское бесплодие, и таких мутаций обнаруживается все больше и больше», — объясняет Лука Джовин. «Мы надеемся, что наше исследование будет способствовать диагностике женского бесплодия и, возможно, предотвращению нежелательной беременности».

Неожиданным образом команда обнаружила, что сегмент белка ZP2, который ранее считался рецептором для сперматозоидов, не является необходимым для прикрепления сперматозоидов. Возникает вопрос: что же тогда является истинным рецептором спермы на яйцевой оболочке? Исследователи из Швеции планируют заняться этим в будущем.

Результаты появились в журнале Клетка .