Ген, контролирующий завершение мейоза в сперматогенезе, был открыт исследователями из Университета Кумамото. До сих пор не были выяснены детали механизма, который инактивирует экспрессию генов, участвующих в мейотической программе во время сперматогенеза. Исследователи считают, что это может привести к прогрессу в репродуктивной медицине, например, к выявлению причин бесплодия от азооспермии или сперматогенных дефектов.
Мейоз – это особый тип деления клеток, который происходит в яичниках и семенниках для производства яйцеклеток и сперматозоидов за счет уменьшения количества хромосом до половины от исходного. После завершения мейоза ДНК продолжает быть сильно конденсированной и претерпевает серьезные морфологические изменения, характерные для спермиогенеза. Этот процесс инактивирует экспрессию многих генов, которые ранее были активны в осуществлении мейоза в спермиогенезе. Однако детали механизма, который завершает мейотическую программу в нужное время, неизвестны, и хотя это важный вопрос, напрямую связанный с репродуктивной медициной, такой как мужское бесплодие, он долгие годы оставался нерешенным.
Группа профессора Исигуро из Института молекулярной эмбриологии и генетики (IMEG) Университета Кумамото ранее открыла MEIOSIN, ген, который включает мейоз и вызывает одновременную активацию сотен генов, участвующих в формировании сперматозоидов и яйцеклеток. Среди них многие гены имеют функции, которые до сих пор полностью не изучены. В своей работе по выяснению этих функций исследователи выбрали ген ZFP541 для детального анализа.
Когда функция гена ZFP541 у мышей была устранена с помощью редактирования генома, мужские половые клетки начали мейоз, но умерли в процессе, что привело к бесплодию, поскольку сперматозоиды не производились. Детальный анализ семенников этих мышей показал, что ген ZFP541 играет важную роль в регуляции мейоза и является важным геном, участвующим в производстве сперматозоидов.
Кроме того, ZFP541 экспрессируется в поздней профазе мейоза и связывается с регуляторными областями (называемыми промоторами) многих генов, связанных с мейозом. Известно, что ацетилированные гистоны присутствуют в регуляторной области промоторов в качестве маркера устойчивой активации экспрессии генов. С помощью масс-спектрометрического анализа исследователи обнаружили, что ZFP541 связывается с неизвестным белком под названием KCTD19 и ферментом под названием HDAC1, который, как показали предыдущие исследования, удаляет ацетильные группы из гистонов. Эти результаты показывают, что ZFP541 и HDAC1 вместе устраняют ацетильную группу гистона, инактивируют экспрессию генов, связанных с мейозом, и завершают мейоз.
"Это исследование является продолжением нашего открытия MEIOSIN, опубликованного в феврале 2020 года, и раскрывает часть функции гена, находящегося под контролем MEIOSIN, функция которого до сих пор неизвестна," сказал доктор. Юки Такада, руководивший исследованием. "Хотя эти результаты были подтверждены на мышах, известно, что ZFP541 существует у людей. Есть много случаев бесплодия у людей, причина которых неизвестна, но мы ожидаем, что этот результат будет способствовать выяснению патогенеза бесплодия, особенно связанных с дисплазией сперматозоидов."
Исследователи также считают, что эту работу можно применить к разработке технологий лечения бесплодия. Выясняя функции других генов в процессе образования яйцеклеток и сперматозоидов, они надеются внести значительный вклад в репродуктивную медицину.
Это исследование было опубликовано в Nature Communications 1 июня 2021 года.