کشف نقش پنهان پروتئين Poc5 در شکل گيری دُم اسپرم: گامی برای درمان ناباروری مردان

پژوهش های تازه در حوزه زيست شناسی توليد مثل، تصوير روشن تری از چگونگی شکل گيری اسپرم ارائه می دهند. بخش بزرگی از ناباروری مردان ناشی از اختلالاتی است که در مراحل بسيار ظريف رشد اسپرم رخ می دهند؛ مراحلی که تا پيش از اين، ابزار های علمی توان مشاهده دقيق آن ها را نداشتند. اکنون، شناسايی يک پروتئين کليدی نه تنها راز تازه ای درباره ساختار اسپرم آشکار کرده، بلکه راه را برای درمان های هدفمند و موثر تر باز می کند.

شناسايی پروتئين Poc5؛ قطعه گمشده در معماری دُم اسپرم

پژوهشگران مرکز پويايی سامانه های زيستی RIKEN در ژاپن توانسته اند نقش اساسی پروتئينی به نام Poc5 را در رشد درست دُم اسپرم مشخص کنند. اهميت اين کشف زمانی روشن می شود که بدانيم دُم اسپرم موتور حرکتی آن است و هر نقص جزئی در اين بخش می تواند کل فرايند باروری را مختل کند.

در آزمايش های انجام شده روی موش ها، دانشمندان نشان دادند که حذف ژن Poc5 باعث می شود اسپرم های توليد شده نتوانند ساختار دُم را به طور طبيعی بسازند. موش های نر در ظاهر سالم بودند، اما اسپرم های آن ها فاقد توانايی بارورسازی بودند. اين نتيجه، سر نخ مهمی درباره نقش اين پروتئين در شکل گيری درست ساختار های حرکتی اسپرم ارائه می دهد.

شباهت اسپرم انسان و موش؛ چرا اين کشف برای انسان اهميت دارد؟

پژوهشگران می گويند اسپرم انسان و موش، از نظر ساختار کليدی، به شکل قابل توجهی شبيه يکديگر هستند. همين شباهت موجب شده است که مطالعه روی موش ها بتواند اطلاعات مستقيمی درباره چگونگی شکل گيری اسپرم انسان ارائه دهد. به گفته هيـروکی شيبويا، از نويسندگان اصلی پژوهش، فرايند بررسی دقيق اسپرماتيد های انسانی با اين روش می تواند عيب های ساختاری پنهان را آشکار کند.

اين يافته ها مسير تازه ای پيش روی درمان ناباروری مردان باز می کند. به ويژه آنکه هنوز علت بسياری از موارد ناباروری مردانه ناشناخته باقی مانده و پزشکان برای تشخيص دقيق آن ها با محدوديت های جدی روبه رو هستند.

نيمی از موارد ناباروری به عامل مردانه مربوط است

طبق آمار سازمان جهانی بهداشت، ناباروری يک مسئله گسترده جهانی است و حدود يک نفر از هر شش نفر با آن روبه رو می شود. نزديک به نيمی از موارد ناباروری به عوامل مردانه مربوط می شود، اما با وجود اين شيوع بالا، پژوهش درباره ناباروری مردان هنوز کمتر از آنچه لازم است پيش رفته است.

يکی از دلايل اين عقب ماندگی، دشوار بودن مطالعه ساختار اسپرم است. اسپرم بسيار کوچک، متراکم و پيچيده است و کوچک ترین اختلال در روند فشرده شدن دی ان ای يا شکل گيری سر و دُم می تواند موجب از دست رفتن توان باروری شود. به همين دليل، ابزار های مشاهده جزئيات ريز سلولی اهميت بسيار زيادی دارند.

تمرکز پژوهشگران بر دُم اسپرم؛ بخشی ظريف با نقش حياتی

تيم شيبويا تصميم گرفت بخش کمتر فهميده شده اسپرم، يعنی دُم آن را بررسی کند. دُم اسپرم با وجود ظاهر ساده اش، ساختاری بسيار پيچيده دارد و عملکرد درست آن به هماهنگی چندين جزء ريز وابسته است. در مرکز اين ساختار، دو عنصر کوچک به نام سانتريول قرار دارند که مانند ستون فقرات دُم عمل می کنند.

دانشمندان تا پيش از اين نمی توانستند تغييرات اين دو سانتريول را در طول رشد اسپرم مشاهده کنند. اما با تکنيک جديدی که استفاده شد، تصويری تازه و بی سابقه از فرآيند شکل گيری دُم به دست آمد؛ تصويری که نشان داد نقش Poc5 بسيار مهم تر از آن چيزی است که پيش تر تصور می شد.

ميکروسکوپی انبساطی ساختار های فوق ريز

در اين پژوهش از روشی نوين با نام ميکروسکوپی انبساطی ساختار های فوق ريز استفاده شد. اين روش برخلاف ميکروسکوپ های معمول که بزرگ نمايی را افزايش می دهند، خود نمونه را چند برابر بزرگ می کند و امکان مشاهده جزئياتی را فراهم می آورد که پيش از اين فراتر از حد تفکيک ميکروسکوپ نوری بودند.

در اين تکنيک، سلول در يک ژل پليمری قرار می گيرد که پس از جذب آب، به طور يکدست متورم می شود. اين انبساط کنترل شده ضمن حفظ ترتيب فضايی اجزای سلول، ساختار های بسيار کوچک را قابل رؤيت می کند. به اين ترتيب، فاصله ميان ميکروسکوپ نوری و ميکروسکوپ الکترونی کمتر می شود و پژوهشگران می توانند بدون ابزار های سنگين و گران قيمت، جزئيات پيچيده سازه های سلولی را مشاهده کنند.

نقش داربست درونی سانتريول و وابستگی آن به پروتئين Poc5

پس از بزرگ کردن ساختار های درونی اسپرم، پژوهشگران دريافتند که درون سانتريول ها يک داربست مستحکم وجود دارد که با پيشرفت رشد اسپرم تغيير می کند. بررسی ها نشان داد پروتئين Poc5 برای تکامل درست اين داربست ضروری است.

برای بررسی دقيق نقش اين پروتئين، موش هايی مهندسی شدند که ژن Poc5 در آن ها حذف شده بود. نتايج نشان داد نبود اين پروتئين موجب می شود دُم اسپرم نتواند ساختار طبيعی خود را بسازد. هرچند موش ها سالم بودند، اما اسپرم های آن ها توان باروری نداشتند.

اهميت اين کشف از نگاه دانشمندان ديگر

سوزان داچر، ژنتيک دان دانشگاه واشينگتن، معتقد است شناسايی ژن های دخيل در ناباروری مردان می تواند زمينه ساز توسعه درمان های دقيق و هدفمند باشد. به گفته او، ميکروسکوپی انبساطی گرچه پيش تر نيز برای مطالعه اسپرم استفاده شده بود، اما نتایج تازه نشان می دهد اين تکنيک برای پيشبرد دانش باروری ضرورتی اساسی دارد.

از نظر داچر، فهميدن ساز و کار های مولکولی ناباروری نخستين گام برای طراحی درمان های نوين است و کشف نقش Poc5 می تواند مبنای پژوهش های گسترده تر در آينده باشد.

گام های بعدی پژوهشگران؛ از مارمولک تا ماکاک

تيم شيبويا قصد دارد اين آزمايش ها را روی گونه های مختلف تکرار کند تا بفهمد نقش Poc5 چقدر در ميان جانوران محافظت شده است. بررسی اسپرم مارمولک ها، همستر ها، کيسه داران، مارموسـت ها و ماکاک ها می تواند نشان دهد که آيا نقش اين پروتئين در ميان گونه های مختلف يکسان است يا خير.

شيبويا اضافه می کند که هيچ مانع فنی جدی برای انجام اين روش روی اسپرم انسان وجود ندارد و در آينده نزديک می توان انتظار داشت اين تکنیک در پژوهش های انسانی نيز استفاده شود.

نتيجه گيری

کشف نقش پروتئين Poc5 گامی مهم در درک عميق تر شکل گيری اسپرم و علت های پنهان ناباروری مردان است. اين پژوهش نشان می دهد که جزئيات بسيار کوچک و ظريفی درون سلول های اسپرم وجود دارد که هر اختلالی در آن ها می تواند توان باروری را از ميان ببرد. با بهره گيری از روش های تصوير برداری پيشرفته، اکنون می توان اين ساختار های ريز را با دقتی بی سابقه مشاهده کرد. پيشرفت های اين چنینی درک ما از ناباروری را متحول و زمينه را برای درمان های نوآورانه تر فراهم می کند.