Wyzwalacz aktywowany temperaturą uruchamia plemniki i jest kluczem do płodności
Jak temperatura steruje płodnością: odkrycie mechanizmu aktywacji CatSper
U ssaków — w tym ludzi — plemniki są zaskakująco wrażliwe na temperaturę. Najlepiej funkcjonują w warunkach o kilka stopni chłodniejszych niż temperatura ciała. Jednak żeński układ rozrodczy jest cieplejszy niż standardowa temperatura ciała. Jak zatem te wrażliwe na ciepło komórki są w stanie skutecznie zapłodnić komórkę jajową w tak gorącym środowisku?
Badacze z Washington University School of Medicine w St. Louis znaleźli odpowiedź: wyższa temperatura — taka jak panująca w żeńskim układzie rozrodczym — wyzwala specyficzny sygnał aktywujący plemniki. Sygnał ten powoduje zmianę ich zachowania z łagodnych, nawigacyjnych ruchów na gwałtowne, miotające ruchy niezbędne do przebicia się przez otoczkę komórki jajowej. Odkrycie tego „wyzwalacza” może posłużyć jako nowy cel w opracowywaniu męskich środków antykoncepcyjnych oraz terapii leczenia męskiej niepłodności.
Kluczowa rola białka CatSper
W badaniach na myszach wykazano, że za przejście plemników w stan hiperaktywności odpowiada konkretne białko obecne u wszystkich ssaków. Gdy temperatura osiąga poziom odpowiadający tej w żeńskim układzie rozrodczym, białko to uruchamia intensywne ruchy witki — struktur napędzających plemniki. Wyniki badań opublikowano 17 kwietnia 2025 r. w czasopiśmie Nature Communications. Dodatkowo odkrycie to rzuca nowe światło na ewolucję anatomiczną ssaków.
„Stan hiperaktywności plemników jest kluczowy dla skutecznego zapłodnienia, ale nikt dotąd nie wiedział dokładnie, jak temperatura go wyzwala” — tłumaczy dr Polina Lishko, badaczka BJC i profesor biologii komórkowej oraz fizjologii. „Nasze badania zidentyfikowały przełącznik termiczny w plemnikach, który aktywuje intensywne ruchy dokładnie wtedy, gdy są one potrzebne.”
Temperatura jako „włącznik” płodności
Wszystkie ssaki posiadają białko CatSper osadzone w błonie komórkowej plemników. Białko to kontroluje napływ jonów wapnia, które są niezbędne do zasilania hiperaktywnych ruchów witki. Dotąd sądzono, że aktywacja CatSper następuje pod wpływem pH kanału rozrodczego samicy oraz — u naczelnych — progesteronu. Jednak teoria ta była niewystarczająca, ponieważ większość ssaków nie reaguje na progesteron.
Temperatura okazała się głównym kandydatem na brakujący czynnik. Ewolucja ssaków doprowadziła do rozwinięcia sprytnych mechanizmów utrzymywania narządów płciowych samców w temperaturze poniżej 34°C. Delfiny chłodzą krew za pomocą płetwy grzbietowej, słonie — przez uszy, a większość ssaków, w tym ludzie, tworzy i przechowuje plemniki w jądrach umieszczonych poza ciałem. Zwierzęta nieposiadające takich systemów, jak ptaki, nie mają białka CatSper w plemnikach.
Badania z wykorzystaniem mikroskopii i elektrofizjologii
Zespół dr Lishko wykorzystał mikronowe narzędzia opracowane pierwotnie do badań komórek nerwowych. Obserwowano wzorzec ładunków elektrycznych charakterystycznych dla aktywacji CatSper w pojedynczych komórkach plemników. Wyraźne impulsy elektryczne pojawiały się, gdy temperatura przekraczała 38°C. Wówczas plemniki przechodziły z płynnych ruchów nawigacyjnych do gwałtownych i chaotycznych, które umożliwiają penetrację komórki jajowej.
Nowe perspektywy terapeutyczne
Zrozumienie roli temperatury może doprowadzić do opracowania nowych metod antykoncepcji i leczenia niepłodności. Ponieważ CatSper występuje wyłącznie w plemnikach, jego modulacja nie powinna wpływać na inne funkcje organizmu. Dotychczasowe próby opracowania inhibitorów CatSper nie były zbyt skuteczne. Nowe odkrycie może jednak wskazać inne strategie.
„Zamiast hamować kanał, być może uda się go aktywować wcześniej za pomocą temperatury, wyczerpując tym samym zasoby energii plemnika” — sugeruje dr Lishko. „Gdy plemnik dotrze do komórki jajowej, będzie już zbyt wyczerpany, by spełnić swoją funkcję.”
Źródło: Nature Communications, WashU Medicine
