Серотонин оказался нужен яйцеклеткам и зародышам мышей для «коммуникации»
Биологи выяснили, что серотонин — молекула, участвующая в передаче нервных импульсов и многих других процессах в организме, — используется для межклеточной коммуникации клетками млекопитающих на ранних этапах развития, начиная еще со стадии яйцеклетки. Это подтверждает важную роль серотонина в созревании женских половых клеток и формирования зародыша. Полученные данные могут быть полезны при разработке новых способов борьбы с бесплодием и гибелью эмбрионов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Распределение серотонина (зеленый) и его рецепторов 5-HT1D (красный) и 5-HT2B (циановый) в зрелой яйцеклетке мыши. Источник: Frolova et al. / International Journal of Molecular Sciences, 2024.
Серотонин — молекула, выполняющая большое количество функций в организме животных и человека. Она участвует в передаче сигналов между нервными клетками, контролирует некоторые процессы при созревании половых клеток и раннем развитии зародыша. Так, например, исследования показали, что серотонин активирует фолликулярные клетки, окружающие яйцеклетку, а также регулирует деление клеток эмбриона. Однако глобальная роль серотонина и молекул, связанных с его восприятием и передачей в клетках на ранних этапах развития, еще не до конца ясна.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН (Москва) исследовали, какие компоненты системы транспорта серотонина в клетках активны на разных стадиях созревания яйцеклеток и развития зародыша у мышей. Для этого авторы оценили активность генов, отвечающих за синтез самого серотонина, рецепторов к нему — молекул, воспринимающих это соединение, — и транспортеров, то есть молекул, переносящих серотонин через мембраны клеток.
Анализ показал, что на протяжении всего созревания яйцеклетки и на первых этапах развития зародыша — когда он состоит всего из нескольких клеток — интенсивно работали гены, кодирующие рецепторы серотонина, — Htr1d, Htr1b, Htr2b, Htr5a и Htr7. Также на этих стадиях был высоко активен ген Tph2, обеспечивающий первый этап синтеза серотонина. При этом гены, отвечающие за более поздние этапы «производства» этой молекулы, запускались немного позже — в восьмиклеточном зародыше. Это говорит о том, что ранние эмбрионы еще не способны самостоятельно синтезировать серотонин, но уже обладают чувствительностью к нему.
Авторы с помощью светящихся — флуоресцентно-меченых — антител подтвердили, что в яйцеклетках мышей и клетках зародыша на ранних стадиях развития накапливается много серотонина. При этом больше всего его оказалось возле мембран, то есть в периферических частях клеток. Разные рецепторы к серотонину располагались по-разному: одни удалось обнаружить на мембране, другие были равномерно распределены по всему объему клеток.
Кроме того, биологи определили, что в яйцеклетках и клетках зародыша серотонин накапливается в небольших пузырьках — везикулах. В них клетки в ответ на внешние сигналы «выбрасывают» серотонин наружу — в межклеточное пространство. К такому выводу исследователи пришли, искусственно заблокировав в яйцеклетках транспортер, отвечающий за «загрузку» серотонина в везикулы. При таком вмешательстве количество серотонина снизилось на 50%.
«Наше исследование показывает, что молекулярные пути, в которые вовлечен серотонин, запускаются на самых ранних стадиях развития млекопитающих. Поскольку серотонин важен для созревания яйцеклеток и формирования зародыша, эти пути можно искусственно активировать, чтобы улучшать качество половых клеток и эмбрионов, что, в свою очередь, может помочь в лечении бесплодия. Кроме того, работа подчеркивает, что и другие сигнальные молекулы могут иметь еще не известную роль в эмбриональном развитии и созревании половых клеток. Это открывает большие перспективы для дальнейших исследований», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Денис Никишин, кандидат биологических наук, доцент кафедры эмбриологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Текст: пресс-служба РНФ
Frolova, V.S.; Nikishina, Y.O.; Shmukler, Y.B.; Nikishin, D.A. Serotonin Signaling in Mouse Preimplantation Development: Insights from Transcriptomic and Structural-Functional Analyses. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 12954. https://doi.org/10.3390/ijms252312954