Razvoj novog pristupa za proučavanje gena u stanicama testisa živih organizama može unaprijediti metode muške kontracepcije i tretmane plodnosti. Znanstvenici s Kyoto University su razvili sustav za screening koji omogućava istraživanje razvoja i zdravlja spermija na molekularnoj razini. Njihova metoda, objavljena u časopisu Cell Genomics, otvara put prema napretku u područjima muške kontracepcije i liječenja neplodnosti.

Istraživanje pod vodstvom profesora Juna Suzukija iz Instituta za integrirane znanosti o stanicama i materijalima (iCeMS) premošćuje značajnu prazninu izravnim ciljanjem gena unutar staničnih struktura testisa unutar živih organizama. Koristeći genetski alat poznat kao CRISPR, koji se može usporediti s genetskim škarama, istraživački tim razvio je metodologiju za istraživanje doprinosa određenih gena u proizvodnji zdravih spermija unutar živih životinja. Do sada se takva istraživanja uglavnom provodila na stanicama uzgajanim u laboratorijskim uvjetima. Tim je razvio metodu koja omogućuje nasumično prekidanje gena tako da u stanične strukture testisa testisa uvode skup genetskih alata putem lentivirusa s visokom učinkovitošću. Ova metoda omogućila je analizu utjecaja ciljanih gena na specifične biokemijske reakcije unutar spermatozoida, uključujući kretanje lipida (mastiju) unutar membrana stanica.

Koristeći navedenu metodu, tim se usmjerio na spermatozoide s oštećenom kapacitacijom, procesom koji spermatozoidima omogućava oplodnju jajne stanice. Defektni spermatozoidi identificirani su mjerenjem količine apsorbiranog kalcija. Primjenom ove metode na živim životinjama, identificiran je specifičan gen, Rd3, kao ključan za očuvanje zdravlja stanica spermija, posebice tijekom razvoja spermatozoida. Iako je prethodno Rd3 bio povezan s funkcijom očiju, tim je otkrio da je također izuzetno aktivan u okruglim stanicama spermija, ranom stadiju proizvodnje spermija, te da ima značajnu ulogu u regulaciji zdravlja spermija. Ovo otkriće omogućeno je istraživanjem interakcije Rd3 s mitohondrijima, strukturama odgovornima za proizvodnju energije unutar stanica.

Da bi bolje razumjeli funkciju Rd3, Suzuki i njegovi kolege razvili su Hub-Explorer, računalni alat koji je otkrio utjecaj Rd3 na regulaciju oksidativnog stresa - stanja povezanog s oštećenjem stanica. Uloga Rd3 u regulaciji oksidativnog stresa otkrila je njegovu važnost u očuvanju integriteta spermija tijekom razvoja.

„Dok žene imaju mnogo dostupnih opcija za kontrolu rađanja, izbori za muškarce ostaju ograničeni“, kaže Noguchi, prvi autor rada. „Ova nova metoda screeninga obećava jer pomaže u otkrivanju ključnih molekula, potencijalno vodeći do novih opcija za kontrolu rađanja i terapija neplodnosti za muškarce.“

„Ova otkrića ne napreduju samo naše razumijevanje razvoja stanica spermija, već također pokazuju potencijal za otkrivanje tajni različitih bioloških procesa“, dodaje Suzuki. „Metoda se može primijeniti i na druge tkiva, potencijalno ubrzavajući razvoj lijekova za širok spektar bolesti.“

Unatoč ovim napretcima, izazovi ostaju. Istraživači su primijetili postupni pad broja stanica s ciljanim genima, što sugerira prostor za poboljšanje. Trenutno istražuju alternativne pristupe za povećanje učinkovitosti svoje tehnike i planiraju je primijeniti za istraživanje različitih bioloških procesa i bolesti u drugim područjima tijela.

Izvor: Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University