Белковые волокна, обнаруженные в семенной жидкости, могут помогать переносить РНК внутрь сперматозоидов. К такому выводу пришли исследователи Института Цукермана при Колумбийском университете. Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Cell, сообщает SciTechDaily.
Амилоидные фибриллы известны прежде всего из-за связи с болезнями Альцгеймера и Паркинсона, однако они могут выполнять и полезные функции. Ученые показали, что эти структуры способны связывать РНК и доставлять ее в сперматозоиды. В экспериментах фибриллы переносили молекулы РНК, достаточно крупные для производства функциональных белков в развивающемся эмбрионе.
Исследование продолжило работу о том, как амилоиды в семенной жидкости помогают ВИЧ проникать в клетки репродуктивного тракта. Специалист по амилоидам Энтони Фицпатрик предположил, что те же белковые структуры могут переносить в сперматозоиды собственный генетический материал организма. РНК участвует в создании белков и регулировании активности генов, но механизм ее попадания из семенной жидкости в сперматозоиды оставался неясным.
Первый автор исследования Уильям Мэллен проверил, связываются ли фибриллы с РНК. Амилоиды имеют положительный электрический заряд, а РНК — отрицательный, и флуоресцентные маркеры подтвердили их взаимодействие. Затем ученые применили криоэлектронную томографию — метод трехмерной визуализации замороженных биологических образцов — и обнаружили внутри сперматозоидов амилоидные волокна, помеченные частицами золота. Это показало, что они способны проникать через клеточную мембрану.
«Увидеть эти амилоидные волокна внутри сперматозоидов было для меня просто невероятно», — сказал Мэллен, который сейчас учится в медицинском вузе Университета Вермонта. По данным опытов с флуоресцентными метками, фибриллы заметно увеличивали количество РНК, попадавшей в клетки. Исследователи также предположили, что белок кластерин может отделять РНК от амилоидного носителя после проникновения в клетку; кроме того, волокна могут защищать хрупкую РНК от ферментов, хотя эту функцию еще предстоит подтвердить.
В отдельном эксперименте сперматозоиды переносили РНК, кодирующую зеленый флуоресцентный белок. Эмбрионы, полученные с их участием, производили как минимум в десять раз больше этого белка, чем эмбрионы после оплодотворения сперматозоидами, контактировавшими с той же РНК без амилоидов. Предыдущие исследования связывали переносимую сперматозоидами РНК с эпигенетическим регулированием активности генов у потомства; в опытах на мышах с такими механизмами также связывали передачу некоторых нарушений обмена веществ, включая инсулинорезистентность.
Авторы считают, что результаты могут иметь значение и для разработки способов доставки РНК в медицинских целях. В частности, РНК направляет инструменты редактирования генов CRISPR к нужным участкам ДНК, однако эффективное попадание таких компонентов в клетки остается сложной задачей. Для доставки генетического материала применяют модифицированные вирусы, которые могут вызывать иммунный ответ; амилоиды, полученные из человеческих белков, рассматриваются как возможная альтернатива, но их безопасность и эффективность еще нужно изучить. «Поскольку исследованные нами амилоидные фибриллы имеют человеческое происхождение, мы надеемся, что иммунная система не будет реагировать на них так же, как на вирусы, используемые в генной терапии», — отметил Мэллен.