Плодовитость коров можно повысить за счет пузырьков в яйцеводах

Сотрудники МГУ им. М.В. Ломоносова, Турского университета и Университета Сан-Паулу выяснили, меняется ли состав внеклеточных мембранных пузырьков в яйцеводах коров в зависимости от стадии эстрального цикла. Результаты этого исследования будет полезно для животноводов, так как поможет повысить эффективность искусственного оплодотворения у крупного рогатого скота. Научная статья опубликована в журнале BMC Genomics. У млекопитающих яйцеклетка встречается со сперматозоидом на пути от яичника к матке — в одном из двух яйцеводов. Чтобы эти клетки слились, определенные молекулы на их поверхности должны провзаимодействовать. Передвижение и в целом «поведение» мужской и женской половых клеток в это время во многом зависит от наполнения яйцевода: какие вещества преобладают в заполняющей его жидкости, насколько она текучая и вязкая, какая у нее кислотность и т. д. На эти параметры влияет состав внеклеточных везикул — окруженных мембранами скоплений органических молекул, выделяемых клетками стенок яйцевода в его просвет. Авторы обсуждаемой работы решили выяснить, как зависит состав внеклеточных везикул в заполняющей яйцевод жидкости от работы половых гормонов в организме крупного и важного для сельского хозяйства животного — коровы. Яичники с прикрепленными к ним яйцеводами получали от зрелых (но не беременных) коров на одной из французских скотобоен. Затем их сортировали по четырем категориям в зависимости от стадии эстрального цикла, на которой соответствующие яичники находились при гибели животного: насколько готова была очередная яйцеклетка к выходу из яичника и как много времени прошло после этого события. Из жидкости, заполняющей яйцеводы, осаждали внеклеточные везикулы. Для них определяли размер, а также содержание в них различных белков, кодирующих белки РНК, а также некодирующих РНК. Последние регулируют синтез белков, но с них самих информация не считывается. Состав везикул из яйцеводов, взятых у животных на разных стадиях эстрального цикла (их ход контролируется женскими половыми гормонами), сравнили между собой. Исследователи выделили два типа внеклеточных везикул: диаметром от 30 до 100 нм (мелкие) и более 100 нм (крупные). В яйцеводах коров на всех стадиях эстрального цикла обнаруживали существенно больше мелких внеклеточных везикул, чем крупных, но особенно заметным это различие было для третьей и четвертой стадий, когда на месте фолликула, из которого вышла зрелая яйцеклетка, образовывалось желтое тело. Всего во внеклеточных мембранных пузырьках обнаружили 13 197 типов кодирующих белки РНК. Все они были крайне малочисленны: доля самых часто встречающихся не превышала 25 молекул на миллион. Однако изменения содержания разных типов кодирующих РНК при переходе от одной стадии эстрального цикла к другой всё же удалось найти. После овуляции (выхода зрелой яйцеклетки из яичника в яйцевод) число 500 типов РНК снижалось, а 354 других — росло. Молекулы из первой категории кодировали белки, работающие на ранних стадиях эмбрионального развития, а из второй — белки, отвечающие за движение клеток и обеспечение процессов движения необходимой энергией. Таким образом, в тот момент, когда яйцеклетка попадает в яйцевод, клетки его стенок начинают усиленно выделять вещества, помогающие ее продвижению (а также, вероятно, движению сперматозоидов). Репертуар малых некодирующих РНК менялся от одной стадии эстрального цикла к другой. Больше всего было рибосомальных РНК, составляющих основу органеллы для производства белков, чуть меньше — транспортных РНК, подносящих к рибосоме нужные компоненты будущих белковых молекул. Однако ученые не смогли определить, чем принципиально функционально различаются наборы малых некодирующих РНК во внеклеточных везикулах яйцеводов до и после овуляции. Наконец, авторы определили количество различных групп белков в исследуемых объектах: 336. Содержание 170 из них зависело от стадии эстрального цикла. В это число входили белки, регулирующие различные процессы на ранних стадиях эмбрионального развития, взаимодействие половых клеток со стенками яйцевода и сборку самих внеклеточных везикул, а также входящие в состав рибосом. Получается, что состав жидкости в яйцеводах подвергается изменениям в течение эстрального цикла. Им, в свою очередь, управляют женские половые гормоны — эстрогены. После овуляции, когда яйцеклетка оказывается в яйцеводе, клетки его стенок выделяют вещества, облегчающие встречу женской и мужской гамет: химическое окружение яйцеклетки меняется. Подобного не происходит при искусственном оплодотворении, т.к. оно производится вне яйцеводов. А это значит, что в таком случае яйцеклетке и сперматозоиду сложнее встретиться. Зная, какие белки и РНК преобладают в жидкости, омывающей зрелую яйцеклетку, можно будет повышать вероятность успешного оплодотворения «в пробирке», просто добавляя в питательную среду нужные вещества.