Kada sisari imaju potomstvo, oni mnogo ulažu. Za razliku od riba ili žaba, embrion se ne može razvijati sam. Mora da se implantira u matericu, gde je snabdevena svime što je potrebno da preživi. Dok se to ne dogodi, jajna ćelija hrani rani embrion. Između ostalog, obezbeđuje esencijalne proteine.
Istraživači predvođeni Melinom Šuh sa Instituta Maks Plank za multidisciplinarne nauke, zajedno sa kolegama u Getingenu, sada su razjasnili kako jajne ćelije skladište proteine. Njihovi eksperimenti takođe pružaju važan uvid u to kako greške u skladištenju proteina mogu dovesti do neplodnosti. Strukture jajne ćelije koje zbunjuju naučnike više od 60 godina igraju ključnu ulogu u tome. Rad je objavljen u časopisu Ćelija.
Za mnoge parove, roditeljstvo je dugo čekano. Za neke čak i želja za decom ostaje neostvarena. Uzroci su različiti i mogu se naći i kod muškaraca i kod žena. Kod žena, plodnost se smanjuje sa godinama, a neplodnost postaje sve verovatnija. Međutim, genetske mutacije takođe mogu doprineti tome.
Analize genetskog materijala neplodnih žena širom sveta pokazale su da su jedan od najčešćih genetskih uzroka ženske neplodnosti mutacije određenih gena. Oni sadrže nacrte za protein PADI6 i proteinski kompleks Subcortial Maternal Complek, ili skraćeno SCMC. Međutim, ranije je bilo nejasno kakvu ulogu ovi proteini posebno igraju u neplodnosti.
Naučnici predvođeni Melinom Šuh sada su koristili tehnike snimanja kako bi vizualizovali da su PADI6 i SCMC glavne komponente struktura koje ispunjavaju unutrašnjost jajne ćelije. „Svet istraživanja decenijama je zbunjivao funkciju i sastav ove strukture, koju nazivamo citoplazmatskim rešetkama“, objašnjava direktor Maks Plank Šu.
Kada su naučnici uklonili PADI6 i SCMC proteine iz mišjih jajnih ćelija, citoplazmatska rešetka je izgubljena – sa fatalnim posledicama. „Mišjim jajnim ćelijama kojima su nedostajale citoplazmatske rešetke takođe su nedostajali proteini potrebni ranom embrionu. Razvoj embriona je stao ubrzo nakon oplodnje“, kaže ćelijski biolog. „Zbog toga smo sumnjali da bi citoplazmatske rešetke mogle poslužiti kao mesta za skladištenje proteina.“
Čuvanje proteina u jajnoj ćeliji nikako nije trivijalno. To je zato što se jajne ćelije stvaraju u jajnicima ženke sisara od rođenja i tamo ostaju funkcionalne mesecima ili čak godinama. Jajne ćelije moraju da drže svoje proteine na zalihama odgovarajuće dugo vremena, a da se ne razgrađuju ili ne postanu aktivne u pogrešno vreme.
U sledećem koraku, istraživači su istraživali koji proteini se nalaze u citoplazmatskim rešetkama. U saradnji sa grupama koje su predvodili Henning Urlaub i Juliane Liepe sa Instituta Maks Plank, koristili su masenu spektrometriju i bioinformatiku da bi utvrdili tačan inventar proteina rešetki.
Kao što su rezultati pokazali, citoplazmatske rešetke se vezuju za mnoge proteine koji su ključni za razvoj embriona. „Naši rezultati su jaki pokazatelji da je naša pretpostavka tačna: citoplazmatske rešetke su mesta skladištenja proteina jajne ćelije i snabdevaju rani embrion vitalnim proteinima“, ističe Šuh.
Kako su dalje otkrili, PADI6 i SCMC proteini preuzimaju zadatak prikupljanja i skladištenja proteina za rani razvoj embriona. „Ovo objašnjava zašto embrioni prestaju da se razvijaju ubrzo nakon oplodnje ako ti proteini nedostaju ili ne mogu da ispune svoju funkciju“, kaže Ida Jentoft, prva autorka studije. „Tada nas je zanimalo da li se defektno mesto skladištenja proteina može zameniti ako, na primer, PADI6 i SCMC nedostaju zbog mutacija gena.
U eksperimentima, tim je uspeo da veštački ponovo uvede nedostajuće rešetkaste proteine u rastuće mišje jajne ćelije. Ovim pristupom takođe može biti moguće obnoviti citoplazmatsku rešetku u defektnim ljudskim jajnim ćelijama. Prema Jentoftu, ovo bi mogao biti obećavajući novi pristup u lečenju neplodnosti uzrokovane mutacijama u genima PADI6 i SCMC.
Na pitanje zašto je bilo potrebno toliko decenija da se dešifruje funkcija zagonetnih rešetkastih struktura u jajnoj ćeliji, Šuh i Džentoft imaju kratak odgovor: veličina jajne ćelije i nedostatak metoda. Jajne ćelije su divovi među različitim tipovima ćelija kod sisara. Ono što ih predodređuje za skladištenje proteina otežava zavirivanje u njih.
„Glavni metodološki izazov je bio da jajne ćelije budu dostupne za metode snimanja koje smo koristili — svetlosnu mikroskopiju visoke rezolucije i krio-elektronsku tomografiju (krio-ET). Ovo poslednje omogućava ispitivanje molekularne strukture jajne ćelije u 3D u skoro prirodnim uslovima. To do sada nije bilo moguće“, objašnjava direktor Maks Plank. Timski prodor u ovoj proceduri pomogao je oprobani trik iz reproduktivne medicine.
Za krio-ET, ćelije se prvo moraju šokirati. Istraživači su iskoristili činjenicu da klinike rutinski zamrzavaju ljudske jajne ćelije za veštačku oplodnju kako bi ih uskladištile. Za zaštitu jajnih ćelija tokom zamrzavanja, klinike koriste krioprotektore. „Imali smo ideju da koristimo iste krioprotektore za postizanje potrebnog brzog zamrzavanja jajnih ćelija“, izveštava Ruben Fernandez-Busnadijego iz Univerzitetskog medicinskog centra Getingen.
„Ovom tehnikom možemo ispitati citoplazmatske rešetke u jajnoj ćeliji i početi da dešifrujemo njihovu strukturu do detalja“, dodaje Šuh. Naučnici se nadaju da će nove tehnike dovesti do značajnog napretka u istraživanju jajnih ćelija, kao i do novih terapijskih pristupa u budućnosti.
