Magyar tudós halspermavizsgálatai segíthetnek feltárni a férfi sterilitás genetikai hátterét

A Hsf5 nevű vezérlőfehérje elengedhetetlenül fontos a spermiumok előállításához, ha pedig károsodik, az nemcsak a vizsgált zebrahalaknál, hanem feltehetően az embernél is meddőséghez vezethet – derítette ki egy nemzetközi kutatócsoport Orbán László halbiológus vezetésével.

A gerinces fajok ivarérését és termékenységének fenntartását komplex genetikai folyamatok hálózata biztosítja. Ezekben a mechanizmusokban gének, pontosabban azok révén kifejeződő úgynevezett géntermékek százai játszhatnak szerepet. A rangos Cell Reports folyóiratban december 18-án megjelent tanulmány szerint most úgy tűnik, sikerült azonosítani az egyik eddig nem jellemzett szereplőjét. 

Miért éppen a zebrahal?

„A magyar, szingapúri és svéd kutatók közös munkával zebradániókban (Danio rerio) egy olyan, gerincesekben általánosan előforduló fehérjét azonosítottak, amelynek eddig nem volt ismert a funkciója” – mondta a Qubitnek Orbán, a kutatócsoport vezetője.

Az akvaristák közkedvelt szürke eminenciása, a ponytfélék rendszertani családjába tartozó dél-kelet ázsiai eredetű zebrahal nem véletlenül lett a genetikai és szaporodásbiológiai vizsgálatok egyik kedvenc modellorganizmusa. Mint azt a tavalyig az alkalmazott és alapkutatásokat egyaránt folytató szingapúri Temasek Life Sciences Laboratory nevű kutatóintézetben vezető kutatóként dolgozó, idéntől a Pannon Egyetem Georgikon Karán működő Élvonal Halgenomikai Kutatócsoportjának élén álló Orbán elmondta, a zebradániót a Budapesten 1927-ben Streisinger Györgyként anyakönyvezett George Streisinger molekuláris biológus avatta kísérleti fajjá. A magyar származású tudós az Oregon Egyetem kutatójaként kreált a zebrahalból ideális gerinces modellszervezetet. 

A Nature 1981-es cikke szerint 

„a trópusi, édesvízi zebrahalat számos előnyös tulajdonsága miatt választottuk: a generációs ideje mindössze 3-4 hónap; a felnőtt nőstények heti rendszerességgel több száz ikrát raknak, amelyek gyorsan és szinkronban fejlődnek az anyán kívül; a hal kicsi (3 centiméter), szívós és könnyen tartható. A hétnapos, szabadon úszó halak mindössze néhány milliméter hosszúak, de már a kifejlett egyedek számos morfológiai és viselkedési bélyegét mutatják. Mindez lehetővé teszi a mutációk nagy léptékű szűrését. Mivel a normális fejlődés 25 és 31 Celsius-fok között zajlik, lehetőség nyílik hőmérsékletérzékeny mutációk izolálására is”.

Orbán szerint a kis méret, a gyors generációs idő, illetve a nagy utódszám előnye mellett a díszhal mellett szól a hihetetlenül gyors fejlődés az első 24 órában, amely lehetővé teszi teljes szervek és szervrendszerek kialakulásának valós idejű megfigyelését is. Az elmúlt harminc évben bebizonyosodott, hogy a zebradánió a lehető legszerencsésebb választás volt. Azóta meghatározták a teljes genomját, és számos laborkísérletben játszott fontos szerepet a gyógyszertesztektől az idegélettani vizsgálatokon át az asztrobiológiai kutatásokig – mára szinte népszerűbbek a zebradániók, mint az egerek vagy a patkányok. 

Ugyanakkor a szaporodásukat szabályozó genetikai és környezeti tényezők hatásmechanizmusa kevéssé ismert. Ezt tanulmányozta a szingapúri labor, és ez képezi a formálódó keszthelyi kutatócsoport vizsgálatainak tárgyát is.

Hősokktól a spermákig

Orbán és kollégái a zebradánió teljes genomjának ismeretében jutottak el odáig, hogy a szakterminológiában ötös hősokk faktornak (Hsf5) nevezett vezérlőfehérje génjének kiütésével jussanak szaporodásbiológiai következtetésekre. A CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, magyarul „halmozottan előforduló, szabályos közökkel elválasztott palindromikus ismétlődések”) néven ismert technológiával végrehajtott inaktiválást követő keresztezésekkel olyan mutáns egyedeket hoztak létre, melyekben nem termelődött működőképes Hsf5 fehérje. Az ilyen hímekben drasztikusan, 80-90 százalékkal csökkent a spermiumok száma, a megmaradó hímivarsejtek mozgása pedig olyannyira károsodott, hogy a többségük gyakorlatilag alkalmatlanná vált a megtermékenyítésre. Ugyanakkor a Hsf5-mentes nőivarú egyedekben nem tapasztaltak semmilyen negatív változást az ikrákban. 

Ez szerintük azt bizonyítja, hogy a minden gerincesben, így az emlősökben és az emberben is megtalálható Hsf5 fehérje elengedhetetlenül fontos a spermiumok termeléséhez. A mutáns hímek heréjét a kontrollokéval összehasonlítva Orbán és kollégái azt tapasztalták, hogy az előbbiekben a spermiumok előállításának folyamata, az úgynevezett meiózis, a korai szakaszban károsodott, a Hsf5 fehérje ott fejti ki jótékony hatását. A rendelkezésre álló előzetes eredmények alapján feltételezik, hogy a fehérje hasonló szerepet tölthet be az emlősök, így az ember esetében is.