Чтобы избежать окислительного стресса, яйцеклетки человека лишают себя энергии.

Половые клетки — сперматозоиды и яйцеклетки — образуются из специальных клеток-предшественников. Эти предшественники делятся, дочерние клетки, образовавшиеся при делении, проходят разные стадии развития, и в конце концов получается сперматозоид, готовый оплодотворить яйцеклетку, и яйцеклетка, готовая слиться со сперматозоидом. Но если предшественники сперматозоидов и сами сперматозоиды у млекопитающих образуются всю жизнь, то с яйцеклетками всё сложнее. Клетки-предшественники яйцеклеток появляются только во время эмбрионального развития, и почти все стадии созревания готовой яйцеклетки тоже происходят до рождения. Дальше почти готовые яйцеклетки останавливаются в развитии и ждут, когда настанет половая зрелость — тогда они совершают последние шаги и превращаются в настоящие яйцеклетки.

Яйцеклетка человека с двумя вспомогательными питающими клетками. (Фото Wellcome Images / Flickr.com) 

Новых яйцеклеток у женщины после появления на свет уже не образуется. Большинство их исчезает ещё до полового созревания, а те, что остались, должны сохраняться живыми и функциональными на протяжении всей жизни — точнее, до менопаузы. Но в живой клетке должен идти обмен веществ. А при обмене веществ неизбежно появляются нежелательные побочные продукты. И вот эти продукты должны накапливаться в яйцеклетках в прямом смысле годами.

Вероятно, у яйцеклеток млекопитающих здесь есть какая-то хитрость. Чтобы узнать, что это за хитрость, сотрудники Барселонского университета и Барселонского научно-технологического института сравнили митохондрии в яйцеклетках шпорцевых лягушек и в яйцеклетках человека. Органеллы митохондрии называют энергетическими станциями клетки, в них идут главные биохимические реакции, которые позволяют добывать энергию из разных химических соединений. Финальный этап этих реакций выглядит так: несколько крупных белковых комплексов, сидящих в мембране митохондрий, перебрасывают друг другу электроны, отобранные у «пищевых» молекул. Транспорт электронов помогает перекачать на одну сторону мембраны ионы водорода. В конце концов, электрон попадает на кислород, который превращается в молекулу воды, а по одну сторону мембраны скапливается много ионов водорода. Они стремятся пройти на другую сторону, где их мало, и для них открывается специальный канал в мембране, по которому они и убегают туда, куда им нужно. Но поток ионов водорода заставляет работать фермент, синтезирующий молекулу АТФ — главную энергетическую молекулу клеток.

Некоторые из электронов, путешествующих к кислороду, ускользают в сторону, бесконтрольно соединяются с кислородом и в результате в клетке накапливаются знаменитые активные формы кислорода, или кислородные радикалы. Это агрессивные молекулы-окислители, которые легко повреждают белки, липиды и другие клеточные молекулы. Кислородные радикалы — причина окислительного стресса, который вполне может довести клетку до гибели. От них можно избавляться с помощью специальных антиоксидантных систем, а можно предотвратить само их появление. Яйцеклетки млекопитающих пошли по второму пути: в них почти нет комплекса I — так называют мембранный комплекс белков, с которого начинается энергетический транспорт электронов. А раз электроны не бегут по электронтранспортной цепи, то и окислительных радикалов не образуется, то есть клетка максимально защищена от окислительного стресса. Это не значит, что в яйцеклетке за всю долгую жизнь вообще не возникает никаких проблем, никаких молекулярных дефектов, но их возникает  намного меньше, чем если бы энергетический перенос электронов работал, как в обычной клетке. Поскольку от яйцеклетки зависит появление потомства, она должна как можно сильнее защититься от возможных повреждений.

Правда, сразу возникает вопрос — а как тогда яйцеклетка питается? Ведь даже в спящем виде она должна как-то поддерживать себя в живом состоянии, то есть какую-то энергию она тратить должна, а без электронотранспортной цепи яйцеклетка, получается, в буквальном смысле отключает себя от источника питания. Возможно, что она живёт на каких-то запасах; возможно, она использует другие энергетические реакции, которые дают меньше энергии, но которые более безопасны. Пока это гипотезы, но сами авторы работы собираются в ближайшее время начать новые эксперименты, которые должны ответить на вопрос — как яйцеклетки млекопитающих живут с отключённой «батарейкой».

Результаты исследований опубликованы в Nature.