חוקרים ב-VIB, VUB ומעבדת המועצה למחקר רפואי לביולוגיה מולקולרית (בריטניה) גילו תכונה נסתרת של תאי זרע אנושיים. באמצעות טכנולוגיות הדמיה מתקדמות, הם גילו תאים מיוחדים בתוך גרעין הזרע עמוסים בפרוטאזומים, שאחראים על פירוק ומיחזור חלבונים. הממצאים, שפורסמו ב טבע ביולוגיה מבנית ומולקולריתמציעים מבט חסר תקדים בתוך תאי זרע ויכולים לפתוח אפיקים חדשים להבנת פוריות הגבר.
בתאי זרע אנושיים, ה-DNA ארוז בצורה הדוקה יותר כמעט מכל מקום אחר בטבע. עם זאת, החוקרים גילו שגרעין התאים הללו אינו מלא בצפיפות כפי שחשבו בעבר. במקום זאת, הוא מכיל חללים קטנים נטולי DNA המשמשים כרכזות ייעודיות לפרוטאזומים, מולקולות ש'ממחזרות' חלבונים וכך עוזרות לתאים להישאר פונקציונליים.
באמצעות טומוגרפיה קריו-אלקטרון, טכניקה המאפשרת לחוקרים לבחון תאים במצבם המקורי ברזולוציה גבוהה במיוחד, הצוות הראה כי חללים אלה מכילים מספר רב של פרוטאזומים המאורגנים בצבירים נפרדים. מעניין שהחללים הללו נצפו לראשונה על ידי מיקרוסקופים לפני שנים רבות, שכינו אותם 'לאקונים'. עם זאת, מה הם מכילים והאם הם ממלאים תפקיד ביולוגי חשוב נותרו ברובם לא ידועים.
הופתענו לגלות שגרעין הזרע האנושי מכיל כל כך הרבה מהתאים המיוחדים האלה ושהם היו מלאים בפרוטאזומים. זה חושף רמת ארגון בלתי צפויה בתוך ראש הזרע ומציע למבנים האלה תפקיד ביולוגי חשוב".
פרופ' טום דנדובן, מרכז VIB-VUB לביולוגיה מבנית
הצוות לא רק מיפה היכן נמצאות מולקולות מיחזור חלבון אלה, אלא גם קבע את המבנה שלהן בפירוט מדהים. זה חשף תכונות ייחודיות המבדילות בין פרוטאוזומים של זרע לבין אלה שנמצאים במקומות אחרים בגוף. בין התגליות הייתה גרסה לא ידועה בעבר של רכיב פרוטאזום ספציפי לזרע.
כדי להבין מתי מבנים אלה מופיעים, המדענים בחנו רקמות מאשכים אנושיים. הם גילו שהתאים העשירים בפרוטאזומים מופיעים בשלבים האחרונים של התפתחות הזרע, כאשר החומר הגנטי בתוך התא עובר ארגון מחדש ודחיסות דרמטית.
תזמון זה מצביע על כך שהפרוטאוזומים עשויים לעזור לתזמר שלבים מרכזיים בהבשלה של תאי זרע. מכיוון שפגמים בתהליך זה יכולים להשפיע על הפוריות, הממצאים מספקים בסיס חשוב למחקר עתידי על בריאות הרבייה של הגבר. פרוטאזומים אלה יכולים להישאר פעילים לאחר שהזרע נכנס לביצית ועשויים לסייע בעיצוב מחדש של הגנום האבהי בשלבים המוקדמים ביותר של התפתחות העובר.
"הממצאים הללו נותנים לנו מסגרת חדשה לחקור כיצד תאי זרע מתפתחים ומה קורה מיד לאחר ההפריה", אומר דנדובן. "יש עדיין הרבה מה ללמוד, אבל עכשיו אנחנו יכולים להתחיל לחקור את התהליכים האלה עם רמת פירוט חסרת תקדים."
על ידי שילוב של הדמיה חדשנית, ביולוגיה מבנית וניתוח רקמות אנושיות, החוקרים הפיקו את המפה המפורטת הראשונה של האופן שבו פרוטאזומים מאורגנים בתוך גרעין הזרע האנושי. המחקר מספק תובנה חדשה על הביולוגיה של תאי הזרע ומקים בסיס לעבודה עתידית על פוריות, בריאות הרבייה והתפתחות עוברית מוקדמת.
