Истраживачи са Државног универзитета Мичиген идентификовали су молекуларни „прекидач“ који повећава енергију сперме непосредно пре него што покушају да оплоде јаје. Овај налаз би могао побољшати третмане неплодности и подржати развој сигурних, нехормонских опција за контролу рађања код мушкараца.
„Метаболизам сперме је посебан јер је фокусиран само на генерисање више енергије за постизање једног циља: оплодње“, рекла је Мелани Балбах, доцент на Одсеку за биохемију и молекуларну биологију и виши аутор студије.
Пре ејакулације, сперматозоиди сисара остају у стању ниске енергије. Када уђу у женски репродуктивни тракт, брзо се трансформишу. Почињу да пливају снажније и прилагођавају спољашње мембране које ће на крају ступити у интеракцију са јајетом. Ове промене захтевају нагли и значајан пораст производње енергије.
„Многи типови ћелија пролазе кроз овај брзи прелаз из стања ниске у високоенергетска стања, а сперма је идеалан начин за проучавање таквог метаболичког репрограмирања“, рекао је Балбах. Придружила се МСУ 2023. како би проширила свој пионирски рад на метаболизму сперме.
Праћење горива које покреће ђубрење
Раније у својој каријери у Веилл Цорнелл Медицине, Балбах је помогла да се покаже да блокирање критичног ензима сперме изазива привремену неплодност код мишева. То откриће је истакло могућност нехормонске контроле рађања код мушкараца.
Иако су научници схватили да је сперми потребна велика количина енергије да би се припремила за оплодњу, тачан механизам иза овог таласа до сада је остао нејасан.
Радећи са сарадницима у Меморијалном центру за рак Слоан Кетеринг и Институту Ван Андел, Балбахов тим је развио метод да прати како сперма обрађује глукозу, шећер који апсорбује из свог окружења и користи као гориво.
Мапирајући хемијски пут глукозе унутар ћелије, истраживачи су идентификовали јасне разлике између неактивних сперматозоида и оних који су били активирани.
„Овај приступ можете замислити као фарбање крова аутомобила у светло ружичасту боју, а затим праћење тог аутомобила кроз саобраћај помоћу дрона“, објаснио је Балбах.
„У активираној сперми, видели смо како се овај офарбани аутомобил креће много брже кроз саобраћај, а да је више волео јасну руту и чак смо могли да видимо на којим раскрсницама се аутомобил обично заглави“, рекла је она.
Користећи ресурсе попут МСУ-ове масене спектрометрије и метаболомског језгра, тим је саставио детаљну слику вишестепеног, високоенергетског процеса на који се сперматозоиди ослањају да би постигли оплодњу.
Алдолаза и контрола метаболизма сперме
Студија је открила да ензим познат као алдолаза игра кључну улогу у претварању глукозе у употребљиву енергију. Истраживачи су такође сазнали да сперматозоиди црпе унутрашње резерве енергије које већ носе када њихово путовање почне.
Поред тога, одређени ензими делују као регулатори, усмеравајући како се глукоза креће кроз метаболичке путеве и утичући на то колико се ефикасно производи енергија.
Балбах планира да настави да истражује како се сперматозоиди ослањају на различите изворе горива, укључујући глукозу и фруктозу, да би задовољили своје енергетске потребе. Ова линија истраживања може утицати на више области репродуктивног здравља.
Импликације за неплодност и нехормонску контролу рађања
Неплодност погађа отприлике једну од шест особа широм света. Балбах верује да би проучавање метаболизма сперматозоида могло довести до бољих дијагностичких алата и побољшаних технологија потпомогнуте репродукције.
Налази такође могу подржати развој нових контрацепцијских стратегија, посебно нехормонских приступа.
„Боље разумевање метаболизма глукозе током активације сперме био је важан први корак, а сада желимо да разумемо како се наши налази преносе на друге врсте, попут људске сперме“, рекао је Балбах.
„Једна опција је да истражимо да ли би један од наших ензима за ‘контролу саобраћаја’ могао бити безбедно циљан као нехормонски контрацептив за мушкарце или жене“, додала је она.
Већина напора за стварање мушких контрацептива фокусирана је на заустављање производње сперме. Та стратегија има недостатке. Не обезбеђује тренутну неплодност на захтев, а многе опције се ослањају на хормоне који могу изазвати значајне нежељене ефекте.
Најновији Балбахов рад предлаже алтернативу. Циљањем метаболизма сперматозоида нехормонским приступом заснованим на инхибиторима, можда је могуће привремено онемогућити функцију сперматозоида када се то жели док се нежељени ефекти минимизирају.
„Тренутно је око 50 одсто свих трудноћа непланирано, а то би мушкарцима дало додатне могућности и утицај у њиховој плодности“, рекао је Балбах. „Слично, то ствара слободу за оне који користе женску контролу рађања, која је заснована на хормонима и веома склона нежељеним ефектима.
„Узбуђен сам што видим шта још можемо пронаћи и како можемо применити ова открића.
Зашто је ово важно
- Сперматозоиди морају драматично да повећају ниво енергије да би завршили захтевно путовање до јајета и постигли оплодњу.
- Научници су сада открили како се сперматозоиди упијају у глукозу у свом окружењу да би покренули овај талас, откривајући извор горива иза њихове брзе трансформације.
- Ово откриће продубљује наше разумевање репродуктивне биологије и могло би отворити врата бољим третманима неплодности и иновативним, нехормонским опцијама контроле рађања.
Истраживање је објављено у Зборник радова Националне академије наука а уз подршку Националног института за здравље деце и људски развој.
