Αμυλοειδή ινίδια στο σπέρμα βοηθούν τη μεταφορά RNA στα σπερματοζωάρια

Τα αμυλοειδή ινίδια στο σπέρμα φαίνεται ότι βοηθούν το RNA να περάσει στα σπερματοζωάρια και, μετά τη γονιμοποίηση, να φτάσει σε έμβρυα ποντικών. Τη διαπίστωση αυτή παρουσιάζει νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Molecular Cell.

Το σπερματοζωάριο μεταφέρει περισσότερα από το DNA του πατέρα. Μαζί του ταξιδεύουν και μόρια RNA, τα οποία μπορεί να συμβάλλουν στην πρώιμη εμβρυϊκή ανάπτυξη. Ορισμένα από αυτά τα μόρια ξεκινούν το ταξίδι τους έξω από το σπερματοζωάριο.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μικροσκοπικές πρωτεϊνικές ίνες στο σπέρμα μπορούν να δεσμεύσουν RNA, να εισέλθουν στα σπερματοζωάρια και να βοηθήσουν στη μεταφορά αυτού του φορτίου στα έμβρυα ποντικών μετά τη γονιμοποίηση.

Οι ίνες έχουν αμυλοειδή δομή, γνωστή κυρίως από τη σύνδεσή της με τη νόσο Αλτσχάιμερ. Ο δομικός βιολόγος Anthony Fitzpatrick και ο φυσιολόγος William Mallen, από το Zuckerman Institute του Columbia University, μαζί με συνεργάτες τους, εξέτασαν τον τρόπο με τον οποίο αυτές οι ίνες μπορεί να βοηθούν το RNA να μπαίνει στο σπέρμα.

«Αυτό είναι τρελή βιολογία», λέει ο Fitzpatrick. «Τα αμυλοειδή θεωρούνται συνήθως χαρακτηριστικό της νόσου Αλτσχάιμερ, της νόσου Πάρκινσον και άλλων νευροεκφυλιστικών παθήσεων στον εγκέφαλο, αλλά έχουν και λειτουργικούς ρόλους σε όλο το σώμα και εμφανίζονται συνεχώς σε απρόσμενα μέρη».

Ο όρος αμυλοειδές περιγράφει τη διάταξη που σχηματίζουν οι πρωτεΐνες όταν συναρμολογούνται σε ίνες. Οι ίνες που μελέτησαν εδώ αποτελούνται από ένα τμήμα πρωτεΐνης που βρίσκεται στο σπέρμα και διαφέρει από τις πρωτεΐνες που συσσωρεύονται στη νόσο Αλτσχάιμερ.

Στο σπέρμα σχηματίζονται εκτός κυττάρων σε υγιείς άνδρες και μπορούν αργότερα να διασπαστούν ξανά.

Ορισμένα μόρια RNA περιέχουν οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών, ενώ άλλα βοηθούν στη ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας, κάτι που δίνει σε αυτό το φορτίο πιθανό ρόλο στην πρώιμη ανάπτυξη.

Οι ερευνητές εστίασαν σε ένα μικρό τμήμα ενός ενζύμου που παράγεται από τον προστάτη και ονομάζεται prostatic acid phosphatase, ή PAP. Το τμήμα αυτό είχε θετικό ηλεκτρικό φορτίο, ενώ το RNA είχε αρνητικό.

Όταν τα ένωσαν στο εργαστήριο, τα δύο συστατικά συνδέθηκαν και σχημάτισαν μικροσκοπικά σταγονίδια, τα οποία εξελίχθηκαν σε ίνες που περιείχαν RNA.

Από μόνα τους, τα τμήματα της PAP έμεναν σε διάλυμα. Η προσθήκη RNA τα έφερε κοντά και επιτάχυνε τη συναρμολόγησή τους σε ίνες. Αυτή ήταν η πρώτη έκπληξη: το RNA βοήθησε να συναρμολογηθεί το ίδιο του το «όχημα».

«Το φορτίο βοηθά να χτιστεί το όχημα που το μεταφέρει», είπε ο Fitzpatrick στο ScienceAlert.

Στο ανθρώπινο σπερματικό υγρό, η ομάδα εντόπισε επίσης μικρά μόρια RNA σε ένα κλάσμα που περιείχε αμυλοειδή ινίδια. Πολλές από τις αναγνωρίσιμες αλληλουχίες ήταν τμήματα μεταφορικού RNA, μορίων που συμμετέχουν συνήθως στη σύνθεση πρωτεϊνών.

Η ανεύρεση RNA μαζί με τις ίνες δεν έδειχνε αν οι ίνες μπορούσαν να μπουν στα σπερματοζωάρια. Υπό ορισμένες συνθήκες απεικόνισης, μια ίνα που έχει κολλήσει στην επιφάνεια ενός κυττάρου μπορεί να μοιάζει με ίνα που βρίσκεται μέσα του.

Για να τις παρακολουθήσουν, οι ερευνητές πρόσδεσαν μικροσκοπικά σωματίδια χρυσού στις εργαστηριακά κατασκευασμένες ίνες. Για λεπτομερή απεικόνιση χρησιμοποίησαν σπερματοζωάρια ταύρου, επειδή τα κύτταρα αυτά είναι σχετικά μεγάλα.

Η τεχνική cryo-electron tomography, που δημιουργεί τρισδιάστατες εικόνες παγωμένων κυττάρων, αποκάλυψε τις επισημασμένες ίνες μέσα στα σπερματοζωάρια.

«Το να βλέπω αυτές τις αμυλοειδείς ίνες μέσα στα σπερματοζωάρια ήταν κάτι πραγματικά εξαιρετικό για μένα», λέει ο Mallen. «Υπήρχαν ενδείξεις ότι αυτό μπορεί να συνέβαινε και νωρίτερα στα άλλα πειράματά μας, αλλά το να το δούμε πραγματικά μάς άφησε άφωνους».

Πρόσθετη ηλεκτρονική μικροσκοπία και απεικόνιση σε ζωντανά κύτταρα ενίσχυσαν το εύρημα. Ξεχωριστά πειράματα έδειξαν ότι σπερματοζωάρια ανθρώπου και ποντικού μπορούσαν επίσης να προσλάβουν τις ίνες.

«Η δεύτερη έκπληξη ήταν ότι βλέπαμε τα σπερματοζωάρια να παίρνουν αυτά τα ινίδια ολόκληρα και να τα μεταφέρουν βαθιά μέσα στο κύτταρο, κατά μήκος της ουράς, μέσα από το μεσαίο τμήμα και ως το κεφάλι», είπε ο Fitzpatrick.

Η πορεία συνεχίστηκε σε εργαστηριακά πειράματα γονιμοποίησης με σπέρμα και ωάρια ποντικών.

Πριν από τη γονιμοποίηση, η ομάδα εξέθεσε το σπέρμα σε ίνες φτιαγμένες από ανθρώπινα τμήματα PAP. Αυτά τα ανθρώπινα τμήματα πρωτεΐνης εντοπίστηκαν επίσης στα δύο κυτταρικά έμβρυα ποντικού που προέκυψαν.

Για να παρακολουθήσουν το RNA που μεταφερόταν, οι ερευνητές φόρτωσαν τις ίνες με RNA που περιείχε βαρύτερες εκδοχές ατόμων άνθρακα και αζώτου. Τεχνική που ξεχωρίζει τα μόρια με βάση τη μάζα επέτρεψε την ανίχνευση αυτών των επισημάνσεων. Περισσότερο επισημασμένο RNA έφτασε στα έμβρυα όταν υπήρχαν οι ίνες.

Η ομάδα δοκίμασε αν το RNA που μεταφέρεται μπορεί να λειτουργήσει, χρησιμοποιώντας RNA που έδινε οδηγίες για μια πρωτεΐνη η οποία εκπέμπει πράσινο φως. Αυτή η πρωτεΐνη λειτούργησε ως δείκτης ότι οι οδηγίες είχαν χρησιμοποιηθεί.

Τα έμβρυα που σχηματίστηκαν από σπέρμα στο οποίο είχε δοθεί RNA μαζί με τις ίνες περιείχαν τουλάχιστον δέκα φορές περισσότερη από αυτή την πρωτεΐνη σε σχέση με έμβρυα που σχηματίστηκαν από σπέρμα στο οποίο είχε δοθεί το ίδιο RNA χωρίς ίνες.

Ξεχωριστές εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι μια πρωτεΐνη που ονομάζεται clusterin επιτάχυνε την απελευθέρωση του RNA από τις ίνες. Η clusterin βρέθηκε επίσης στα έμβρυα, αν και ο ρόλος της στην απελευθέρωση του RNA μέσα σε αυτά δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί.

Τα ευρήματα δείχνουν μια διαδρομή μέσω της οποίας το RNA μπορεί να περάσει από το σπερματικό υγρό στο σπέρμα και στη συνέχεια σε ένα έμβρυο. Η κατανόηση αυτής της διαδρομής θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους ερευνητές να σχεδιάσουν νέα εργαλεία για τη μεταφορά RNA.

«Υπάρχουν μεταβολικές διαταραχές, όπως η αντίσταση στην ινσουλίνη, που πρόσφατα άρθρα έδειξαν ότι μπορούν να μεταδοθούν από την πατρική γραμμή σε ποντίκια, και θεωρείται ότι το RNA είναι ο μηχανισμός», εξηγεί ο Mallen. «Μαθαίνοντας πώς λειτουργούν διαταραχές που βασίζονται στην επιγενετική, μπορούμε να πλησιάσουμε στο πώς ίσως να τις θεραπεύσουμε ή να τις προλάβουμε».

Τα πειράματα μεταφοράς στα έμβρυα έγιναν σε ποντίκια, με εργαστηριακά κατασκευασμένες ίνες και πρόσθετο RNA. Ο Fitzpatrick είπε ότι η ομάδα δεν έχει ακόμη δείξει αν οι φυσικές ίνες, μαζί με το συνηθισμένο RNA που μεταφέρουν, αλλάζουν κάτι σε ένα έμβρυο.

Δεν δοκιμάστηκαν ανθρώπινα έμβρυα ούτε φυσικές συλλήψεις, ενώ οι εκτιμήσεις για την πρόσληψη διέφεραν ανάλογα με τη μέθοδο μέτρησης.

Παραμένει επίσης άγνωστο τι συμβαίνει στις ίνες αφού φτάσουν σε ένα έμβρυο.

«Δεν ξέρουμε τι απογίνονται στο έμβρυο, αν απομακρύνονται, αν παραμένουν στη θέση τους ή αν προκαλούν περαιτέρω συσσώρευση», είπε ο Fitzpatrick.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Molecular Cell.

Πηγή: sciencealert.com.