Медицина
Медицина

Порушення розходження хромосом у людських ооцитах пояснили нестачею молекулярного мотора

Європейські дослідники виявили чинник, що призводить до порушення розходження хромосом при дозріванні ооцитів у людей. Порівняння клітин людей та інших ссавців показало, що людські ооцити дуже слабко експресують білок KIFC1, який сприяє стабілізації веретена поділу через упорядкування його мікротрубочок. Автори припускають, що внесенням білка в людські ооцити можна зменшити ризик порушень розходження хромосом, які є однією з причин невиношування вагітності та генетичних вад плода. Своїм відкриттям вчені поділилися в журналі Science.

Веретено поділу. Фіолетовим кольором зображено мікротрубочки, зеленим — хромосоми. DR PAUL ANDREWS, UNIVERSITY OF DUNDEE / Science Photo Library / Getty Images

Веретено поділу. Фіолетовим кольором зображено мікротрубочки, зеленим — хромосоми. DR PAUL ANDREWS, UNIVERSITY OF DUNDEE / Science Photo Library / Getty Images

Що таке веретено поділу і як воно пов'язане з вагітністю?

Жіночі статеві клітини яйцеклітини формуються внаслідок дозрівання клітин-ооцитів. Спочатку ці клітини є диплоїдними, тобто мають по парі з кожної з 23 хромосом. Однак у процесі дозрівання кількість хромосом у них має зменшитися під час поділу вдвічі, щоб зрештою яйцеклітина мала усього лише 23 хромосоми, які при заплідненні доповняться 23 хромосомами від сперматозоїда. За розділення пар хромосом відповідає веретено поділу. Воно складається з мікротрубочок, частина з яких прикріплюється до пар хромосом та розтягує їх на різні полюси поділу.

Однак у людських ооцитах часто стається так, що полюси веретена сильно розширюються або фрагментуються, через що розходження хромосом відбувається з похибками. У результаті, клітини можуть не мати повного набору хромосом або ж мати їх надлишок — стан називають анеуплоїдією. При заплідненні такої яйцеклітини зародок може розвиватися із серйозними патологіями, як-от синдромом Дауна, або взагалі бути нежиттєздатним. Тому німецькі та британські вчені на чолі з дослідниками Інституту мультидисциплінарних наук Макса Планка взялися за вивчення причин нестабільності веретена поділу. Це може допомогти уникнути невиношування вагітностей і вад розвитку через похибки розходження хромосом та покращити ефективність допоміжних репродуктивних технологій.

На чому зосередилися вчені?

Дослідники провели детальне вивчення ооцитів різних видів ссавців — мишей, свиней, корів та людини. З'ясувалося, що у 82 відсотків людських ооцитів полюси веретена поділу нестабільні, у порівнянні з 6 відсотками у корів, 4,4 відсотками — у свиней та жодною такою клітиною — у мишей. Тому надалі автори сфокусувалися на виявленні білків, які можуть бути залучені в процес формування спрямованих мікротрубочок веретена поділу, використавши технологію скринінгу, основану на РНК-інтерференції.

Що нового дізналися під час дослідження?

Аналіз показав, що в стабілізації веретена поділу ооцитів ссавців, зокрема перешкоджанню фрагментації його полюсів, важлива роль належить білку KIFC1 з групи молекулярних моторів. Він сприяє формуванню зв'язувальних містків між паралельними мікротрубочками біля полюсів та вирівнюванню мікротрубочок в центрі веретена. Однак у людських ооцитах цього білка майже не було, у порівняні з високою його експресією в інших тварин. Коли таку нестачу вчені відтворили в ооцитах мишей та корів, це призвело в клітин до нестабільності полюсів поділу та збільшенню ймовірності анеуплоїдії. Близько 30 відсотків таких ооцитів мишей та 25 відсотків ооцитів корів формували веретена із надмірно широкими полюсами, а крім цього близько 60 відсотків ооцитів корів мали фрагментовані багатополюсні веретена. Тож саме дефіцитом KIFC1 автори пояснюють часті помилки при розходженні хромосом у людських ооцитах.

Порушення стабільності веретена поділу при нестачі KIFC1 в ооцитах ссавців, стрілками позначено множинні полюси веретена поділу в ооцитах (зліва направо): миші, корови, людини. Melina Schuh eta al. / Science, 2022

Порушення стабільності веретена поділу при нестачі KIFC1 в ооцитах ссавців, стрілками позначено множинні полюси веретена поділу в ооцитах (зліва направо): миші, корови, людини. Melina Schuh eta al. / Science, 2022

Цей результат навів на думку, що збільшенням кількості KIFC1 в ооцитах людей можна домогтися підвищення стійкості веретена поділу. Тож вчені ввели в людські ооцити очищений KIFC1, добутий із людських ембріональних клітин нирок. Втручання збільшило частку ооцитів із правильно вирівняними хромосомами на стадії анафази з 44 до 75 відсотків.

Тож автори вважають, що додаванням KIFC1 до ооцитів можна зменшити ризик аномального розходження хромосом при дозріванні ооцитів, чим посприяти успішнішому застосуванню допоміжних репродуктивних технологій для лікування проблем із фертильністю. Проте, щоб впевнитися в результатах, зокрема, що вони не зумовлені особливостями розвитку клітин в пробірці, слід провести додаткові дослідження.