Оплодотворённая яйцеклетка держит хромосомы сперматозоида подальше от своих собственных, что позволяет ей легко избавиться от лишнего набора хромосом.

О какой лишней ДНК в яйцеклетке тут идёт речь? Мы знаем, что до оплодотворения в яйцеклетке есть непарный (гаплоидный) набор хромосом от матери, а после оплодотворения к ним добавляются такие же непарные отцовские хромосомы из сперматозоида — вместе они образуют двойной (диплоидный) хромосомный набор, необходимый для развития эмбриона.

Рецепторы для сперматозоида (зелёные и красные точки) покрывают поверхность яйцеклетки за исключением той зоны, где собраны её хромосомы (окрашены синим). (Фото: RIKEN)

Тем не менее в оплодотворённой яйцеклетке есть лишняя ДНК в виде дополнительного набора материнских хромосом. Чтобы понять, откуда она берётся, нужно повнимательнее присмотреться к тому, как созревает яйцеклетка. Там есть много этапов, и самый последний — деление клетки-предшественницы мейозом, когда в результате получаются четыре дочерние клетки с одинарным набором хромосом. Четыре — потому что мейоз состоит из двух делений подряд. При этом клетка-предшественница (или ооцит первого порядка) оба раза делится асимметрично, так что почти вся цитоплазма достаётся только одной из дочерних клеток. Она и окажется зрелой яйцеклеткой, а три оставшиеся очень мелкие клетки, так называемые полярные тельца, исчезают.

И вот тут есть одна особенность: после первого деления получается большая клетка (ооцит второго порядка) и маленькая — первое полярное тельце. При обычном мейозе обе клетки должны тут же поделиться ещё раз, но ооцит второго порядка замирает на полпути. Он определённым образом меняется, готовясь к оплодотворению, но при этом в нём остаётся по две материнские копии каждой хромосомы. При оплодотворении в яйцеклетке оказывается тройной набор хромосом. Но тут она завершает деление: лишний хромосомный набор уходит в ещё одно полярное тельце, и в оплодотворённой яйцеклетке оказывается нормальный двойной набор хромосом. То есть окончательное созревание яйцеклетки, как ни странно, происходит после оплодотворения.

Как при этом последнем делении яйцеклетка не путается в хромосомах? Как у неё получается завершить созревание, сохранив у себя только что приобретённые хромосомы от сперматозоида и избавившись только от лишних материнских хромосом? Сотрудникам японского Института физико-химических исследований (RIKEN) удалось отчасти разгадать эту загадку. Когда сперматозоид стыкуется с яйцеклеткой, его должны встретить специальные белки, которые помогают мембране сперматозоида слиться с мембраной яйцеклетки и высвободить его хромосомы в её цитоплазму. Оказалось, что белок яйцеклетки под названием RanGTP перегоняет мембранные белки стыковки подальше от того места, где находятся хромосомы самой яйцеклетки. И даже если сперматозоид соприкоснулся с яйцеклеткой в неправильном месте, его перетащат туда, где должно произойти слияние.

А после слияния уже другой белок, F-актин, удерживает хромосомы сперматозоида подальше от хромосом яйцеклетки. Она может спокойно отщепить от себя небольшой кусочек цитоплазмы с лишним набором хромосом (то есть полярное тельце), пока сперматозоидные хромосомы болтаются на её противоположном конце.

Эксперименты, которые позволили всё это увидеть, ставили на мышиных яйцеклетках и сперматозоидах; скорее всего, то же самое происходит и у человека, хотя проверить всё равно нужно. Возможно, некоторые формы бесплодия и неудачи в искусственном оплодотворении связаны с тем, что механизм временного разделения яйцеклеточных и сперматозоидных хромосом работает с аномалиями, или что сперматозоид вводят — при искусственном оплодотворении — настолько не туда, что яйцеклетка не может отделить одни хромосомы от других.

Результаты исследований опубликованы в Journal of Cell Biology.