Оплодотворенная яйцеклетка избавляется от цинка, которым она запасалась, подготавливаясь к встрече со сперматозоидом. После массивной утечки цинка оплодотворенная яйцеклетка делится, готовится к имплантации. Биологи уверены, что «управленцы цинковых потоков» могут быть использованы для контрацепции и лечения бесплодия.
Клетки застыли
В 2010 году исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University) под руководством Терезы Вудруф (Teresa Woodruff) установили, что из-за дефицита цинка нарушается овогенез -- процесс деления и созревания предшественниц яйцеклеток (овоцитов), при котором количество хромосом уменьшается вдвое (мейоз).
В ходе каждого нормального деления здоровая предшественница яйцеклетки делится неравномерно: образуется полноценный овоцит и недоразвитая клетка - редукционное тельце, которое деградирует. Тогда ученые показали, что у цинк-дефицитных овоцитов асимметричность деления нарушается в 75% случаев. Команда Терезы Вудруф выяснила, что при недостатке цинка деление яйцеклетки (мейоз) прекращается на телофазе I (последняя стадия первого деления) и не переходит к метафазе II (второе деление). В цинк-дефицитных клетках хромосомы находились на полюсах, но в неконденсированном состоянии (не плотно упакованные, как полагается при делении), а форма веретена деления нарушалась. В таком состоянии будущие яйцеклетки и застывали.
«За последние два часа «взросления» каждый мышиный овоцит поглощает около двух миллиардов атомов цинка. Поглощение цинка прекращается после первого мейотического деления», - пишет команда Терезы Вудруф. В новом исследовании, результаты которого появились в ACS Chemical Biology, Тереза Вудруф и коллеги показали, что оплодотворенная яйцеклетка «отплевывает» цинк.
Яйцеклетку стошнило
Чтобы засечь цинковые «плевки» биологи использовали специальный состав, который светился при появлении ионов цинка - FluoZin-3. Биологи помещали в этот раствор (FluoZin-3) подготовленные к оплодотворению яйцеклетки мышей, после чего в пробирку добавляли сперматозоиды. Происходило оплодотворение. Через двадцать минут после встречи со сперматозоидом окружение яйцеклетки начинило динамично сиять -- клетка «отплевывала» цинк в окружающую среду.
В следующем эксперименте ученые использовали яйцеклетки мышей и макак (Macaca mulatta и Macaca fascicularies). На этот раз биологи не оплодотворяли их, а стимулировали партеногенетическое деление хлоридом стронция или иономицином. В ответ на химический раздражитель девственные яйцеклетки тоже «отплевывали» цинк и начинали делиться.
«Утечка цинка начинается через двадцать минут после оплодотворения, повторяется примерно каждые десять минут. Максимальное количество выплесков цинка – пять», - пишут ученые, обращая внимание, что от цинка избавляются и мышиные, и обезьяньи клетки. Это означает, что механизм консервативный, характерный для разных групп животных.
Биологи установили, что поглощение и «отплевывание» цинка связано с колебанием внутриклеточной концентрации ионов кальция. Ученые полагают, что цинк – это «переключатель», который блокирует деление созревающей яйцеклетки. После оплодотворения яйцеклетка «отплевывает блокатор», после чего начинается деление зиготы, ее подготовка к имплантации.
В одном из экспериментов биологи показали, что если из девственной яйцеклетки выкачать цинк, то она начинает размножаться. Они симулировали деление неоплодотворенных клеток, снизив внутриклеточную концентрацию свободных ионов цинка. Биодоступность ионов цинка снизилась - клетка приступила к делению.
«Цинк инициирует развитие эмбриона. Думаем, что результаты дальнейших исследований будут использованы для разработки методов контрацепции и лечения бесплодия», - завершают исследователи. Эти знания пригодятся и для совершенствования «оплодотворения в пробирке».
