Възможна е връзка между генните мутации, безплодието и ранната менопауза

Според експерти от Медицинското училище към Вашингтонския университет в Сейнт Луис е възможно специфичен ген да определя плодовитостта при хората. Когато същият ген липсва при плодовите мушици, кръглите червеи, даниото (риба зебра) и мишките, те обикновено страдат от безплодие или загубват способността си за размножаване твърде рано, а общото им здравословно им състояние остава добро. При анализ на генетичните данни учените наблюдават подобна връзка и при хората – мутациите в гена водят до по-ранна менопауза.

Изследването е публикувано на 28.08.2020 г. в списание „Science Advances.“

Човешкият ген, наречен NEMP1 (nuclear envelope membrane protein 1) не е проучен задълбочено. При животните мутациите на същия вид ген водят до неправилно развитие на очите при жабите.
Учените, стигнали до това заключение, не са търсили връзка с фертилността. Те по-скоро са използвали генетични техники, за да открият гените, отговорни за правилното развитие на очите при ембриони на плодови мушици.

Проф. Хелън МакНийл, изследовател към програма „BJC“, разкрива, че тя и колегите й са блокирали някои от генните експресии в плодовите мушици, но въпреки това очите им са били добре развити. Ето защо екипът й решава да провери какви други проблеми биха могли да възникнат в резултат на блокирането. Мушиците са изглеждали напълно здрави, но за изненада на учените са се оказали стерилни. Репродуктивната им система е била значително увредена.

С малки разлики, и при мъжките, и при женските липсата на въпросния ген NEMP1 създава репродуктивни проблеми. Учените забелязват, че обвивката на ядрото на яйцето при женските – жизненоважният елемент, който съхранява половината от хромозомите на един организъм, е твърде отпусната.

Структурата на обвивката на ядрото играе много важна роля

МакНийл, професор по биология на развитието, споделя: „Този ген съществува навсякъде в тялото, но никъде другаде не открихме подобна отпусната структура. Така всъщност разбрахме, че той играе точно определена роля при плодовитостта. Забелязахме я първо при плодовите мушици, но знаехме също, че протеините не се различават при видовете. С помощта на няколко колеги, решихме да следим действието на същия ген при червеите, рибата зебра и мишките. Беше много вълнуващо да разберем как протеин, намиращ се в най-различни клетки в тялото, има толкова специфично значение за репродуктивните функции. Вярваме, че ролята му е също толкова важна и при човека.”

Атомно-силова микроскопия

За да изследват обвивката на яйцето учените прилагат техника, наречена атомно-силова микроскопия, с която вкарват игла в клетката. Тя първо преминава през външната мембрана, а след това през мембраната на самото ядро. Силата, необходима за проникване на иглата, е мярката, с която експертите определят жилавостта на обвивката. Оказва се, че външната мембрана е с нормална устойчивост, докато тази на яйцето – с много по-слаба.

МакНийл смята, че би било наистина интересно да се проучи дали здравината на обвивката на яйцето определя плодовитостта при хората. Съществуват варианти на гена, който отговаря за по-ранното настъпване на менопауза. Когато екипът разглежда увредения ген при мишки, той забелязва, че техните яйчници са загубили запасите си от яйцеклетки, които гарантират размножаването им в зряла възраст.

Това е едно възможно обяснение за настъпващата по-рано менопауза при жени с мутации в гена. Когато те са с изчерпан яйчников резерв, при тях настъпва менопаузата.

Според МакНийл и колегите й обвивката на ядрото трябва да бъде умерено еластична – достатъчно гъвкава, за да позволява на хромозомите да се подредят с цел размножаване, и достатъчно устойчива, за да ги предпазва от стресиращата среда на яйчника. С напредването на възрастта, при яйчниците са образуват нишки от колаген, които оказват механично напрежение, липсващо в яйчниците на ембрион.

Ако обвивката на ядрото е по-мека от нормалното, е възможно тя да не издържи на стреса, оказван от външната среда. Възможно е точно меката мембрана да е причина за умирането на яйцеклетките. Въпросът тепърва ще бъде разглеждан от учените.

Липсващият ген NEMP1 причинява анемия

Експертите наблюдават още една промяна в изследваните мишки с липсващ ген: те са анемични, което означава, че имат недостиг на червени кръвни телца.

При здравите зрели индивиди червените кръвни телца нямат ядро. МакНийл пояснява, че настъпва етап, когато обвивката на ядрото трябва да се свие и да се отдели от младото кръвно телце, което тепърва започва да се развива в костния мозък. Червените кръвни телца в мишките не функционират по правилния начин и затова умират. Отпуснатата обвивка на ядрото вероятно не позволява на червените кръвни телца да оцелеят в друга враждебна и стресираща среда.

Учените са изправени пред предизвикателството да разберат дали жените с репродуктивни проблеми имат мутации в ген NEMP1. За да се уверят дали съществува категорична връзка, те прилагат метода на струпаните равномерно разпределени къси палиндромни повторения (CRISPR) и създават човешки ембрионни стволови клетки, с изкуствени мутации на NEMP1, които фигурират в генетичната база данни като предпоставка за безплодие.

МакНийл пояснява: „Бихме могли да превърнем тези стволови клетки в яйцеклетки, за да разберем как въпросните мутации влияят върху обвивката на ядрото. Възможно е напълно здрави жени да нямат протеина NEMP и, ако се окаже, че той води до безплодие, то те поне ще са наясно какво могат да предприемат оттук нататък. Ако липсата на протеина наистина причинява безплодие, ни предстои много работа. Може да се започне с опити да се коригират съществуващите мутации или да се потърсят други начини за укрепване обвивката на ядрото.“