Nová cesta k diagnostice neplodnosti? Protein CD46

Skupina Reprodukční biologie, BIOCEV, Biotechnologický ústav AVČR a PřF UK. Vedoucí týmu Kateřina Hortová šestá zprava. Foto: archiv Kateřiny Hortové

Protein známý pod zkratkou CD46 (cluster of differentiation) je ve světě reprodukčních biologů velmi oblíbeným objektem zkoumání již od 90. let minulého století. Tato molekula, nazývaná  též regulační protein komplementu neboli membránový proteinový kofaktor (MCP), se vyskytuje na plazmatických membránách běžných somatických buněk člověka. Zde je jeho funkce dobře známá - chrání je před atakem komplementu a tedy tak trochu před tím, aby se naše vlastní buňky nesnědly za živa.

Co z něj učinilo takovou “celebritu” světa reprodukčních biologů? Jistá jeho krátká izoforma se totiž exprimuje i v lidských pohlavních buňkách, konkrétně spermiích. Na vajíčku byl nedávno objeven ligand tohoto proteinu (tedy něco jako zámek ke klíči) a tak se CD46 stal velmi žhavým kandidátem na fúzogenní protein, který přispěje k tomu, že se vajíčko a spermie spojí a dají tak zárodek novému jedinci. I když je velmi pravděpodobné, že tento zámek a klíč není jediným, který se při procesu splývání gamet uplatňuje, jeho význam je posílen ještě jedním významným faktem. U řady pacientů, kteří mají zatím nevysvětlitelný problém s neplodností, byla zjištěna porucha v expresi právě tohoto genu.

Exprese CD46 v savčích spermiích má nicméně řadu specifik. První z nich je to, že na rozdíl od somatických buněk není protein lokalizován skrze vnější plazmatickou membránu, ale pod ní - na organele, která se nachází v hlavičce spermie, tzv. akrozómu. Jde o lytický váček, který je klíčovým aktivním hráčem při tzv. akrozomální reakci, která umožní průniku spermie obaly vajíčka. “Naše práce vyvrátila dlouho přijímanou představu, že protein CD46 je exprimován pouze na vnitřní akrozomální membráně a ukazuje, že tento protein dynamicky putuje do místa, kterým spermie fúzuje s vajíčkem” vysvětluje RNDr. Kateřina Hortová, Ph.D. z katedry zoologie naší fakulty, která se studiu akrozomální reakce a následně roli proteinu CD46 věnuje již od dob svého doktorského studia na univerzitě v Sheffieldu.

Lokalizace proteinu CD46 (zeleně) a β1 integrinu (červeně) v hlavičce myší spermie pomocí STED super-rozlišovací mikroskopie (A); Kolokalizační linie proteinů (bíle) analyzované pomocí Imaris softwaru, založená na Pearsonově korelačním koeficientu. Měřítko udává 0.7 μm. Jádro (modře).

Zkoumání relokace proteinu CD46 zavedlo vědecký tým vedený Kateřinou Hortovou k pátrání po jeho “spolupracovníkovi” - proteinu z rodiny integrinů. Těchto proteinů, které hrají důležitou roli jak v buněčné adhezi, tak v signalizaci, je v běžných somatických buňkách velmi mnoho typů - popsány jsou zatím desítky oproti pouze několika , které jsou známé na spermiích, čímž se situace zjednodušuje. Tým Kateřiny Hortové si z pečlivě definované hypotézy ke zkoumání vybral nejprve integrinovou podjednotku β1. Úkolem, který před vědeckým týmem stál, bylo potvrdit (či vyvrátit), že právě tato dvojice proteinů spolupracuje a hraje v dynamice přípravy spermie k oplození klíčovou roli.

Ke splnění tohoto úkolu bylo třeba otestovat jejich lokalizaci v průběhu akrozomální reakce spermie. Začali klasickým imunofluorescenčním značením a následně využili super-rozlišovací mikroskopii, konkrétně metody STED (stimulated emission depletion) a SIM (structured illumination microscopy) a statistické zpracování fluorescenčních intenzit. Tyto metody poté doplnili ještě další sofistikovanou zobrazovací metodou, tzv. Duolink Proximity Ligation Assay  (PLA). Díky níž potvrdili,  že proteiny jsou v takové blízkosti, že jsou opravdu vazebnými partnery.

A jaké úkoly čekají na vědecký tým Kateřiny Hortové v blízkém budoucnu? Hlavním směřováním výzkumu je léčba a diagnostika neplodnosti v praxi. “Naším cílem, který si vyžádá dalších pár let práce, je vytvoření diagnostického kitu, s jehož pomocí bude možné odfiltrovat špatné spermie od dobrých. To pochopitelně vyžaduje práci nikoliv s laboratorními hlodavci, ale s lidským materiálem ve spolupráci s Centry asistované reprodukce, “ nahlíží do budoucnosti Kateřina Hortová. I díky její práci může tedy být řada problémů spojených s mužskou neplodností vyřešena.

Michal Andrle

Článek Kateřiny Hortové a kolektivu v časopise Scientific Records vydavatelské skupiny Nature: Characterization of CD46 and β1 integrin dynamics during sperm acrosome reaction

Vystoupení RNDr. Kateřiny Hortové, Ph.D. v Událostech České televize naleznete ZDE.

Delší reportáž z jejího výzkumu v České televizi je ZDE.