_ Viermii transparenți cu proteine ​​strălucitoare pot ajută la tratamentele de fertilitate

Dezvoltarea ovulelor materne este esențială pentru supraviețuire, dar și precară. În timpul meiozei, cromozomii care conțin ADN pot fi sparți sau pierduti cu ușurință, provocând infertilitate, avort spontan sau tulburări genetice precum sindromul Down. Oamenii de știință s-au străduit să studieze aceste evenimente celulare cruciale la oameni și la alte mamifere.

„Ovarele sunt opace, nu se pot vedea în interiorul lor”, a spus Francis McNally, profesor de biologie moleculară și celulară la Universitatea din California, Davis.

Oamenii de știință trebuie de obicei să studieze celulele din afara corpului și să spere că văd procesul normal, natural. Dar McNally adoptă o abordare diferită. El ascultă cu urechea la dezvoltarea ouălor pe măsură ce se desfășoară în interiorul mamei - viermi mame, în acest caz.

Caenorhabditis elegans este un vierme minuscul care trăiește în sol. Are un milimetru lungime și la fel de lat ca mai multe fire de păr uman. De asemenea, este transparent.

„Ne oferă o fereastră rară către ceva ce altfel nu am putea vedea”, a spus McNally. „Puteți să anesteziați viermele, să urmăriți printr-un microscop și să filmați întregul proces în 45 de minute” pe măsură ce o celulă ou se dezvoltă și este fertilizată de un spermatozoid.

Studiul lui McNally asupra viermilor ar putea îmbunătăți înțelegerea noastră despre om. reproducerea și modul în care problemele de fertilitate pot fi diagnosticate, prevenite sau tratate.

La prima vedere, C. elegans nu este locul la care te-ai aștepta oamenii de știință să caute informații despre biologia umană. Corpul său este format din doar 959 de celule. Nu are plămâni, ficat, rinichi, ochi sau sistem circulator. Celulele care se transformă în spermatozoizi și ovule alcătuiesc mai mult de jumătate din corpul său.

„Este practic un intestin și două gonade”, a spus McNally.

Dar micul vierme împărtășește și unele dintre ele. afinități surprinzătoare cu noi. ADN-ul său deține peste 19.000 de gene - doar câteva sute de genomul uman înalt. Multe dintre aceste gene sunt „omologi”, strâns legate de genele pe care oamenii le folosesc pentru a ghida diviziunea celulară, producția de ovule și alte fațete critice ale vieții.

McNally studiază unul dintre aceste evenimente critice, numit meioză, care se întâmplă pe măsură ce se dezvoltă o celulă ouă maternă. Celula începe cu un set cvadruplu de ADN - patru din fiecare cromozom. De două ori la rând, trebuie să alinieze acei cromozomi și să-i împartă în jumătate, aruncându-i pe cei care nu vor fi păstrați. Celula ou sfârșește cu doar unul din fiecare cromozom — în așteptarea spermatozoizilor care vor ajunge și vor oferi un set complementar.

Este un proces periculos.

Pe măsură ce cromozomii se aliniază în mijloc, o schelă mecanizată de proteine, numită fus, se adună de ambele părți ale acelei linii. Pe fiecare parte, seamănă cu un calmar cu tentaculele întinse - vârfurile lor atașate la jumătatea cromozomilor. La un moment dat, tentaculele se scurtează și cromozomii potriviți sunt despărțiți.

Acele tentacule, numite microtubuli, se adună din mii de segmente de proteine ​​minuscule. Creșterea, scurtarea și atașarea lor de cromozomi sunt coregrafiate de zeci de alte proteine, fiecare prea mică pentru a fi văzută la microscop.

McNally folosește viermi pentru a dezbina acest proces. El păstrează zeci de tulpini diferite de viermi, fiecare cu gene modificate pentru a face o anumită proteină care este atașată de o proteină de meduză, determinând-o să strălucească o anumită culoare atunci când este expusă la lumina ultravioletă.

McNally pune viermele transparent. sub microscop, se concentrează pe o singură celulă ou și înregistrează videoclipuri în timp ce diferitele proteine ​​- marcate de strălucirea lor roșie, verde sau albastră - manevrează delicat. Prin eliminarea uneia sau a mai multor gene la un moment dat și urmărind ce nu merge bine, el poate deduce rolul fiecărei proteine.

De-a lungul anilor, el a examinat în mod repetat o proteină numită katanina (numită după sabia tradițională japoneză, katana), care taie „tentaculele” microtubulilor. În 2014, el a descoperit că katanina trebuie să tunde în mod constant tentaculele, altfel ele cresc la întâmplare ca brațele unui kraken, împingând cromozomii din poziție.

Katanina joacă alte roluri. Când un spermatozoid fecundează un ovul, celula maternă nu a terminat încă meioza. Are încă două din fiecare cromozom și trebuie să separe acele perechi de cromozomi și să arunce setul nefolosit - totul în timp ce ADN-ul spermatozoizilor stă și așteaptă în interiorul celulei.

Această sosire timpurie a spermatozoizilor are loc la majoritatea animalelor, de la viermi la șoareci la oameni.

Dacă spermatozoizii și ADN-ul ovulului se amestecă prea devreme, atunci unii dintre cromozomii spermatozoizilor ar putea ajunge să fie aruncați împreună cu altele feminine – condamnând urmașii.

Într-o lucrare publicată în iulie în eLife, el a descoperit că katanina și alte două proteine, kinesin-13 și ataxin-2, împiedică acest lucru.

Și în august, McNally a raportat o altă descoperire surpriză în Life Science Alliance, fără legătură cu katanina. Oamenii au speculat cu privire la ceea ce declanșează tentaculele microtubulilor să se adună la timp. O serie de proteine ​​par să joace un rol. Dar McNally a descoperit că creșterea microtubulilor este determinată și de o altă forță, nevăzută.

Acele segmente de proteine ​​se adună într-un mic sac transparent, care le înghesuie. Această aglomerație îi determină de fapt să rămână împreună și să se adune singuri.

Când McNally face aceste descoperiri în viermi, le oferă altor cercetători șansa de a vedea dacă aceleași lucruri se întâmplă la mamifere.

„Căutăm lucruri pe care oamenii nu le studiază la oameni și la șoareci”, a spus el.

Nu orice descoperire va oferi noi perspective asupra fertilității umane. Dar toate dezvăluie diversitatea evoluției pentru a rezolva unele dintre cele mai grele provocări ale vieții.

„Unele lucruri pe care le găsiți la viermi vor fi exact aceleași la oameni, iar altele vor fi diferite”, a spus McNally. „Ambele sunt importante și interesante.”

(Fluierul)