Группа американских, иранских и малазийских ученых опровергла ранее выдвинутое предположение о том, что статус метилирования гена keap1 в ДНК сперматозоидов может быть использован в качестве биомаркера идиопатического мужского бесплодия. Проведенное ими исследование показало, что данный ген не метилируется в условиях окислительного стресса. Результаты работы были опубликованы в журнале Andrologia.
Окислительный стресс (ОС) является ключевым фактором патогенеза идиопатического мужского бесплодия. Чрезмерная продукция активных форм кислорода (АФК), которой сопровождается ОС, приводит к увеличению повреждений ДНК сперматозоидов и снижает шансы на оплодотворение.
Клетки борются с окислительным стрессом, активируя механизмы антиоксидантной защиты. Одним из важнейших регуляторных механизмов является сигнальный путь Keap1-Nrf2.
Nrf2* — это транскрипционный фактор, который контролирует активность ARE генов, кодирующих антиоксидантные ферменты. В норме Nrf2 располагается в цитоплазме клетки в комплексе с белком keap1**, что создает условия для убиквитинилирования Nrf2 и его протеасомной деградации.
В условиях ОС keap1 модифицируется окислителями и теряет способность связывать Nrf2. В результате транскрипционный фактор транслоцируется в ядро, где формирует димеры с Maf белками. Образовавшиеся комплексы активируют экспрессию ARE генов, участвующих в защите клетки.
Недавние исследования показали, что ОС может приводить к изменениям эпигенетических маркеров и экспрессии генов в соматических клетках и гаметах. К числу известных механизмов регуляции экспрессии генов относятся метилирование ДНК, некодирующие РНК, модификации гистонов и ремоделирование хроматина.
Накопленные доказательства прямо указывают на то, что эпигенетические модификации играют жизненно важную роль в регуляции активности сигнального пути keap1-Nrf2. В частности было показано, что взаимодействие между транскрипционным фактором и цитоплазматическим белком нарушается при некоторых ассоциированных с ОС заболеваниях, обусловленных мутациями в генах keap1 и Nrf2, гиперметилированием промоторной области гена keap1 и продукцией транскрипционного фактора Nrf2, который не способен взаимодействовать с ARE генами.
Это позволило ученым предположить, что между мужским бесплодием, вызванным ОС, и эпигенетическими изменениями keap1 существует связь, т. к. гиперметилирование этого гена должно приводить к высвобождению Nrf2 и, как следствие, к компенсаторной активации антиоксидантных механизмов. Однако до сих пор статус метилирования keap1 в сперматозоидах не был изучен.
Группа специалистов из США, Ирана и Малайзии провела исследование, чтобы выяснить, есть ли связь между эпигенетическим статусом гена keap1 в ДНК сперматозоидов и уровнем АФК в семенной плазме.
Образцы спермы были получены у 151 предположительно здорового мужчины, которые вместе с партнершами посетили клинику бесплодия. В соответствии с уровнем АФК участники были разделены на 4 группы: 1) группа A (39 пациентов, АФК < 20 ОСЕ/сек/106 сперматозоидов); 2) группа B (38 пациентов, 20 ≤ АФК < 40 ОСЕ/сек/106 сперматозоидов); 3) группа C (31 пациент, 40 ≤ АФК < 60 ОСЕ/сек/106 сперматозоидов); 4) группа D (43 пациента, АФК ≥ 60 ОСЕ/сек/106 сперматозоидов). Статус метилирования гена keap1 определялся с помощью метилчувствительной ПЦР вместе с общим антиоксидантным потенциалом семенной плазмы.
Результаты исследования показали, что ни в одной из групп не было значительных изменений в метилировании keap1, тогда как общий антиоксидантный потенциал семенной плазмы возрастал с увеличением уровня АФК.
Это исследование доказывает, что увеличение уровня АФК в семенной плазме не приводит к изменению конформации гена keap1. По всей видимости, клетки включают другие механизмы антиоксидантной защиты. Специалисты предположили, что одной из причин, почему клетки не используют ген keap1 для борьбы с ОС может быть то, что гиперметилирование этого гена также связано с прогрессированием рака.
Результаты данного эксперимента поощряют проведение новых исследований, которые позволят выявить механизм, защищающий ген keap1 от метилирования в условиях ОС, а также изучить другие эпигенетические механизмы, участвующие в антиоксидантной защите половых клеток.
- * Nrf2 — ядерный фактор эритроидного происхождения 2
- ** Keap1 — чашеобразный ECH-ассоциированный белок 1
Источник: Andrologia. 2018 Oct 8:e13159. doi: 10.1111/and.13159.