Перша взаємодія яйцеклітини та сперматозоїда: як починається запліднення?

Між ними має відбутися тонка й точна молекулярна взаємодія, яка дозволяє двом гаплоїдним клітинам розпізнати одна одну, з’єднатися і створити першу клітину нового організму.
Саме в цей короткий проміжок часу відбувається початок нового життя — і помилки тут природа не може допустити.

Щоб дістатися яйцеклітини, сперматозоїд проходить складний шлях. Він рухається за допомогою свого джгутика, проривається крізь клітини кумулюсу, долає блискучу оболонку

 ооцита. Коли він нарешті торкається мембрани яйцеклітини, починається зовсім інший етап — етап розпізнавання.Яйцеклітина не зливається з кожним сперматозоїдом, який до неї підпливає. Вона «вибирає» того, з ким може утворити стабільний та життєздатний генетичний союз. І ключем до цього вибору є спеціальні білки-рецептори на поверхні обох клітин.

У 2005 році команда Масару Окабе вперше описала білок на поверхні сперматозоїда, без якого злиття зі зрілою яйцеклітиною було неможливим. Цей білок отримав назву IZUMO — на честь японського храму, де традиційно благословляють пари на шлюб.
Однак для завершення відкриття бракувало другого компонента — рецептора яйцеклітини, здатного «впізнати» IZUMO.Лише через дев’ять років дослідники описали партнерський білок на поверхні ооцита, який назвали JUNO — на честь римської богині шлюбу. Цікаво, що за структурою JUNO нагадує фолатний рецептор, але фолати він не зв’язує. Яйцеклітини, позбавлені JUNO, просто не могли зливатися зі сперматозоїдами, що мали IZUMO.Так людство отримало ключ до розуміння того, як саме статеві клітини впізнають одне одного.

Ооцити — матеріал рідкісний і надзвичайно цінний для дослідження. Їх взаємодії зі сперматозоїдами відбуваються швидко, а рецептори на мембрані змінюють конфігурацію буквально за секунди. Тому виявити молекули, що відповідають за перший контакт, було складно.

Відкриття пари IZUMO–JUNO вперше дало зрозуміти, що процес запліднення — це не випадкове злиття, а чітко відрегульований механізм розпізнавання, майже як handshake у комп’ютерних системах.

Навіть коли сперматозоїд вже торкнувся яйцеклітини, процес ще далеко не завершений. Мембрани обох клітин повинні перебудуватися, стати пластичнішими, зібрати у точці контакту всі необхідні білки.
У цей час джгутик продовжує активно рухатися, створюючи силу натягу.Саме в ці секунди зв’язок IZUMO–JUNO набуває особливого значення: він повинен утримувати клітини разом, поки не завершиться перебудова мембран.

Злиття можливе лише з одним сперматозоїдом. Якщо до яйцеклітини проникнуть кілька, виникне поліспермія — а це завжди нежиттєздатні ембріони з некоректним хромосомним набором.
Тому одразу після злиття:

• рецептор JUNO зникає з мембрани;
• він переходить у перивітеліновий простір у вигляді везикул;
• яйцеклітина миттєво втрачає здатність до подальших контактів.

Це унікальний природний механізм “закриття дверей” після першого ж правильного сигналу.

Дослідження груп із Базеля та Цюриха показало ще одну унікальну деталь. Взаємодію JUNO та IZUMO вивчали за допомогою атомно-силового мікроскопа, вимірюючи, як змінюється зв’язок під натягом.

І результати виявилися несподіваними: зв’язок між цими білками стає міцнішим, коли їх розтягують.
Це явище отримало назву catch bond — зв’язок, що посилюється під дією сили.
У біології такі зв’язки використовуються у процесах, які потребують стійкості під навантаженнями: у роботі м’язів, прикріпленні імунних клітин, загоєнні тканин.
Фактично це означає, що природа “запрограмувала” запліднення як процес, який витримає механічне навантаження, необхідне для злиття мембран.

Кожна нова деталь, яку дослідники відкривають у механізмі запліднення, розширює наші можливості в діагностиці та лікуванні безпліддя.
Порушення структури або функції IZUMO та JUNO може пояснювати деякі випадки неможливості запліднення навіть при нормальних показниках сперми та якісних яйцеклітинах.
Для клінічної ембріології ці знання стали основою для глибшого розуміння того, чому інколи злиття гамет не відбувається навіть у сприятливих умовах.