Установлен механизм нарушения сперматогенеза при нагревании
Яички большинства млекопитающих находятся снаружи, поскольку высокая температура в брюшной полости нарушает сперматогенез — процесс образования сперматозоидов. Более того, воздействие высокой температуры может вызвать временную стерилизацию. Механизмы этого феномена не вполне понятны, однако новое исследование указало на важную роль в нем двухцепочечных разрывов ДНК.
У человека и других млекопитающих процесс образования мужских половых клеток (сперматозоидов) требует сравнительно низкой температуры. Именно поэтому их яички находятся снаружи, в мошонке, а не в брюшной полости, как многие органы и, скажем, яичники, где образуются яйцеклетки. Благодаря этому температура создающих сперматозоиды тканей в среднем на два-шесть градусов ниже.
Дело в том, что сперматогенез очень чувствителен к высокой температуре. Уже небольшой нагрев нарушает этот сложный многостадийный процесс и, как следствие, вызывает бесплодие. Для изучения таких нарушений используют различные модели на животных — например, искусственный крипторхизм (перемещение яичек в полость тела) или тепловой шок. Так, погружение задней части тела самцов мышей в воду при температуре 43 градуса Цельсия на 15 минут вызвало гибель клеток — предшественников сперматозоидов. Любопытно, что этот эффект уже стал основой для нового метода контрацепции.
Однако в работе, опубликованной в журнале Communication Biology, исследователи из Японии создали более сложную и, по их мнению, корректную модель. С помощью технологии ex vivo, то есть переноса живых тканей из организма в искусственную среду, они получили культуру яичек мышей. В таких изолированных органах по-прежнему проходили все стадии сперматогенеза — об этом можно судить по флуоресценции особого «сигналящего» белка (GFP, green fluorescent protein).
Далее так называемые экспланты подвергали действию различной температуры, от плюс 34 до 40 градусов. При температуре в 34 градуса (соответствует условиям в мошонке мышей) сперматогенез происходил полностью и без каких-либо нарушений. Однако при культивировании с большим нагревом постепенно страдали все новые этапы сперматогенеза.
«Мы не ожидали увидеть такую сложную картину со множеством зависящих от температуры событий в основе столь подробно изученного феномена. Это открытие стало возможным только благодаря использованию системы культивирования органов», — утверждает Такэхико Огава (Takehiko Ogawa) из Университета Йокогамы (Япония).
Авторы связывают это с нарушением профазы I, то есть самой первой стадией мейоза — процесса клеточного деления, во время которого образуются половые клетки. Напомним: и сперматозоиды, и яйцеклетки (ооциты) относят к гаплоидным клеткам, то есть имеющим вдвое меньше хромосом, чем остальные. Гаплоидность делает их чувствительными к различного рода повреждениям, поскольку такие клетки не имеют второй хромосомы в паре, которую можно использовать для репарации ДНК (ее «ремонта»).
Действительно, ученые отметили увеличение числа двухцепочечных разрывов ДНК и нарушение их «залечивания». Важно отметить, что этот эффект наблюдался уже при плюс 37-38 градусах, то есть при нормальной температуре тела.
Далее клетки с такими мутациями распознаются на особых стадиях клеточного цикла («контрольные точки») и уничтожаются за счет программируемой клеточной смерти (апоптоза). Для организма это означает сниженную продукцию спермы или даже бесплодие.
Новая публикация может быть полезна для изучения причин нарушений сперматогенеза. Кроме того, эти результаты стоит учитывать, например, любителям подолгу оставаться в бане или сауне, где температура явно выше критических 38 градусов.
