Ученые установили, что один белок -- Ptbp2 -- контролирует сеть из более 200 генов, обеспечивающих движение и коммуникации спермиев. Белок действует путем регуляции процессинга РНК во время каждой стадии развития спермиев.

Развивающиеся спермии простоянно прореживают и укорачивают свой генетический материал. Этот процесс -- "сплайсинг" -- позволяет клеткам выбирать гены, необходимые для каждой стадии развития. Продукты сплайсинга небольшие, укороченные кусочки РНК, которые служат в качестве кальки для белков. За счет отличающихся паттернов укорочения -- "альтернативного сплайсинга" -- клетки могут создавать многие белковые наборы (blueprints) с одиночного гена.

Развивающиеся спермии используют технику альтернативного сплайсинга чаще, чем др. типы клеток. В результате возникают высокие уровни обусловленных альтенативным сплайсингом фрагменты РНК внутри клеток предшественникв спермиев. Ученые не до конца уверены, как или почему зародышевые клетки используют альтернативный сплайсинг со столь высокой частотой.

Важность сплайсинга РНК для развития спермиев уже давно занимает ученых. Давно известно, что очень много получается РНК благодаря сплайсингу во время развития зародышевых клеток по сравнению с др. онтогенетическими системами. Является ли это тонко регулируемым процессом или дажебиологически многозначительным, неясно.

Группа Licatalosi's исследовала, как альтернативный сплайсинг контролируется во время развития спермиев. Их исследования сконцентрировались на белке -- Ptbp2 -- который прикрепляется к РНК вблизи мест сплайсинга. Понимание сплайсинга РНК в зародышевых клетках может помочь исследователям лучше понять механимы, лежащие в основе дефектов развития у человека.

Исследователи делетировали ген, кодирующий Ptbp2 в зародышевых клетках, затем исследовали уровни и функции альтернотивно сплайсированных РНК на 4-х разных стадиях развития спермиев.

Все эксперименты были проведены в Case Western Reserve University (CWRU) School of Medicine в содружестве с CWRU Virology, обеспечившими Next Generation Sequencing и Imaging Core, чтобы наблюдать, как генетически модифицированные клетки взаимодействуют с др. клетками под микроскопом высокого роазрешения.

Исследователи установили, что без белка Ptbp2 альтернативный сплайсинг более 200 генов внутри развивающегося спермия происходит неправильно. Многие из затронутых генов, кодирующих белки, участвуют в доставке белков внутри клетки. Как результат нарушения из регуляции, зародышевые клетки не могут двигаться соотв. образом, транспортировать материалы или общаться с др. клетками. Генетически модифицированные зародышевые клетки никогда не развивались в соотв. спермии. Эти результаты подтверждают, что Ptbp2 является центральным для сплайсинга РНК внутри зародышевых клеток и соотв. для развития спермиев.

Наиболее впечатдяет то, что делеция основного белка влияет также на др. клетки -- улетки Сертоли -- которые руководят развитием зародышевых клеток. Клетки Сертоли в экспериментах имели дефекты своей клеточной структуры -- цитоскелета -- который они используют, чтобы физически перемещаться и взаимодействовать с зародышевыми клетками.

Наиболее поразительным стало то, что часть с дефектами сплайсинга в зародышевых клетках вызывалась делециями в гене регуляторе сплайсинга только в зародышеваых клетках, вызывая дефекты в соседних клетках Сертоли. Это наблюдение подчеркивает важность регуляции сплайсинга для общения между зародышевыми клетками и клетками Сертоли. Это общение является критическим для гарантии, что зародышевые клетки завершат развитие и не высвободятся преждевременно.

"Динамика, регуляция и функция альтернативного сплайсинга во время сперматогенеза остается в основном неизведанной. Мы предоставили данные, которые существенно улучшают наше знание по каждому из этих аспектов," пишут авторы.

Said Licatalosi, "Собственно развитие ткани и функция зависят от хорошо контролируемой сети в разных типах клеток, сообщающих одна др. строго упорядоченным в пространестве и времени способом. Дефициты в этих процессах лежат в основе ряда болезней человека. Полученные данные показывают, что регуляторы специфичного для ткани сплайсинга могут выполнять критические роли в становлении межклеточных сетей, необходимых для соственно развития функциональности ткани."

Согласно Licatalosi, предыдущие исследования подтвердили, что высокие уровни сплайсированных РНК "могут быть неуместным артефактом из-за высоких уровней генной экспрессии, которыя происходит во время развития зародышевых клеток. Наши данные говорят за то, что альтернативная экспрессия РНК при развитии спермиев высоко регулируется и эта регуляция является критической для завершения клетками своего развития. "