Яйцеклетка — женская половая клетка (гамета), содержащая единарный набор хромосом. В половой репродукции яйцеклетка сливается со сперматозоидом, что обеспечивает рекомбинацию генов: каждый потомок получает смесь аллелей от обоих родителей. Проще говоря, яйцеклетка хранит в себе половину набора хромосом будущего организма. Когда она объединяется со сперматозоидом, образуется новая клетка‑предок, которая начинает делиться и превращаться в эмбрион.

В организме женщины яйцеклетки формируются еще до ее рождения. Они закладываются в эмбриональном периоде и хранятся в яичниках в состоянии покоя вплоть до наступления менопаузы — от 45 до 55 лет. При этом яйцеклетки не обновляются. Это значит, что каждой яйцеклетке, участвующей в овуляции, может быть 30, 40 или даже 50 лет. 

Это необычайно долгий срок. Большинство клеток в организме живут от нескольких дней до нескольких лет. Только некоторые, например нейроны или клетки глаз, доживают до глубокой старости вместе с человеком. Но даже они со временем изнашиваются из-за внутренних процессов, сопровождающих их работу.

Главный враг клетки — собственный метаболизм, который создает постоянные внутренние «угрозы» для клетки. Чтобы функционировать, клетка перерабатывает и обновляет белки, утилизирует отработанные молекулы и избавляется от поврежденных компонентов. Все это требует энергии. Но энергия, которую клетка тратит на поддержание жизни, порождает опасные побочные продукты — активные формы кислорода. 

Эти молекулы, как крошечные вандалы, разрушают клетку изнутри. Повреждают белки, мембраны, ДНК. Чем активнее клетка, тем больше она страдает от этих разрушений. В результате быстрее накапливаются повреждения и наступает старость. 

Статья по теме: Микропластик впервые обнаружен в женских яичниках

Но яйцеклеткам удается избежать этой участи и не «‎сгореть» за десятилетия ожидания. Как? Этот вопрос долго оставался загадкой. К ответу приблизилась международная команда ученых под руководством Эльван Боке (Elvan Böke) из Национального центра геномного анализа в Испании. 

Ученые исследовали человеческие яйцеклетки под микроскопом. Боке и ее коллеги сосредоточились на жизненно важном клеточном процессе — «утилизации отходов». Эту роль выполняют специальные органеллы — лизосомы. Их часто называют «перерабатывающими заводами». Лизосомы содержат гидролитические ферменты (кислотные протеазы, липазы, нуклеазы), которые разрушают старые или поврежденные белки и другие компоненты, чтобы клетка могла использовать их снова. Без этой очистки клетка быстро гибнет.

Чтобы изучить активность лизосом в яйцеклетках, ученые использовали хитроумный метод. Они поместили человеческие яйцеклетки в специальную жидкость, содержащую флуоресцентные красители, которые светятся при связывании с компонентами клетки, обладающими сильной кислотной средой. Лизосомы одни из них. Интенсивность свечения позволяет судить об активности этих «перерабатывающих заводов»: чем ярче свет, тем активнее идет процесс утилизации.

Результаты оказались неожиданными. Флуоресцентный сигнал от лизосом в человеческих яйцеклетках был заметно слабее, чем в других изученных типах человеческих клеток. Еще более показательным стало сравнение с яйцеклетками мелких млекопитающих, например мышей. У мышей репродуктивный цикл короток, их яйцеклеткам не нужно сохраняться десятилетиями. Мышиные лизосомы светились гораздо ярче, указывая на высокую скорость переработки отходов. Лизосомы же в человеческих яйцеклетках работали словно в замедленном режиме.

По мнению авторов научной работы, это замедление — не недостаток, а гениальная стратегия выживания. Медленная переработка может быть формой самосохранения. Идея заключается в том, что яйцеклетки специально снижают скорость всех своих внутренних процессов. 

Меньше активности — меньше энергии расходуется. Меньше потраченной энергии — меньше образуется опасных активных форм кислорода. Меньше активных форм кислорода — меньше случайных повреждений жизненно важных компонентов клетки. Меньше повреждений — яйцеклетка дольше остается жизнеспособно. Замедление утилизации — лишь один видимый аспект этой глобальной стратегии «энергосбережения».

Статья по теме: На свет появился первый в мире ребенок, зачатый с помощью автоматизированной системы ЭКО

По словам Боке, возможно, весь метаболизм яйцеклеток работает на медленных оборотах, они будто «ставят тормоза на все». Это касается не только лизосом, но и всех остальных процессов. Такой подход помогает минимизировать образование активных форм кислорода и сохранить клетку от повреждений.

Но это же замедление может оказаться слабым местом. Если какие-то яйцеклетки не справляются с задачей и ускоряют переработку белков, в них скапливаются повреждения. Это, в свою очередь, делает их непригодными для оплодотворения. Возможно, такого рода исход — ключ к пониманию, почему часть яйцеклеток перестает нормально функционировать с возрастом.

Статья по теме: В Австралии впервые вырастили эмбрион кенгуру в пробирке

Выводы команды Боке помогут не только понять фундаментальные биологические процессы, но и улучшить методы лечения бесплодия. По словам ученой, разрушение белков напрямую связано с фертильностью. Если переработка идет слишком активно, это ухудшает результаты экстракорпорального оплодотворения. Во время исследования ученые изучили только здоровые яйцеклетки. Сейчас они сравнивают их с клетками женщин, у которых наблюдаются проблемы с зачатием.

Одна из причин, по которой человеческие яйцеклетки до сих пор остаются плохо изученными — сложности работы с ними. Их очень мало, получить достаточное количество образцов для исследований крайне сложно. Кроме того, действуют строгие ограничения на исследование человеческого материала. А еще — нехватка финансирования. Если ученым удастся преодолеть эти препятствия, научный мир ждут неожиданные открытия. 

Научная работа опубликована в журнале The EMBO Journal.