Ismeretbővítő kutatás (alap- elméleti kutatás)

genetika, molekuláris biológia

A hímivarsejtek felépítése és működése hosszú ideje kutatott területe a fejlődésbiológiának, mind a megtermékenyítés, sejtosztódás, mind a sejt-sejt kapcsolatok szempontjából. A hímivarsejtek szaporodásban betöltött meghatározó szerepe ellenére, viszonylag keveset tudunk a pontos molekuláris felépítéséről és szerveződéséről. A hímivarsejtek kutatása több szempontból is fontossá vált az emúlt időszakban. Egyrészt a humán fertilitási problémák jelentős része a hímivarsejt működésének zavarával kapcsolatos, és molekuláris hátterük alig ismert. Másrészt kiderült, hogy a hímivarsejteknek megtermékenyítésen kívül a korai embriógenezisben is fontos a szerepe, például kulcsfontosságú nukleinsavakat és fehérjéket szolgáltatnak a fejlődő embrió számára. A hímsteril mutánsok léte és a fenotípusért felelős konzervált gének az ecetmuslica, az egér és az ember között arra utal, hogy a hímivarsejt fejlődését és működését irányító faktorok konzerváltak az evolúció során. Az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) egy különösen jó modelszervezet a spermatogenezis kutatására. A mutánsgyűjteményekből nagyszámú, hímsteril fenotípust mutató, X kromoszómára vagy mind autoszómára lokalizálható mutáns törzs férhető hozzá. A hímivarsejtek felépítése és az azt meghatározó komponensek szerveződése (akroszóma, sejtmag, mitokondrium) szinte az egész állatvilágban konzervált, így nem meglepő, hogy hasonló szövettani elváltozások figyelhető meg a steril férfiak, és bizonyos ecetmuslica és egér hímsteril mutánsok között. Az ismert hímsteril ecetmuslica mutánsok változatos fenotípust mutatnak, melyek lefedik a spermatogenezis szinte minden ismert lépését. A cisztasejtek osztódásában, a hímivarsejtek érésében és a farokképzésében hibás mutáns fenotípusokért membrántranszportban szerepet játszó fehérjék Cog5 (fws), dSyntaxin5, Rab11, PI-4-kináz (fwd), PITP (giotto), PI(4,5)P2 és Arf6 bizonyultak felelősnek. Ezek az eredmények rámutatnak a hímivarsejtképződés különböző szakaszaiban a membrántranszport jelentőségére, és bizonyítják hogy a hímivarsejtképződés bonyolult folyamata meglehetősen érzékeny a membrántranszportban bekövetkező változásokra, ingadozásokra. Az hímivarsejtképződéshez vezető első mitótikus osztódása alatt a Golgi készülék a prometafázis során szétesik, majd a késő anafázis, és a telofázis alatt szerveződik újjá, és oszlik meg egyenlően a két utódsejt között. A korai, kerek spermatidák a meiozis második szakasza végén az akroszómát a sejtmagot körülvevő Golgi aparátus aggregálódása és fúziója alakítja ki. Később a megnyúlt spermatidokban az akroszómán kívül, a kialakuló farok mentén egyéb önálló Golgi egységek is megfigyelhetőek. Az ER-ban újonnan szintetizálódott fehérjék teljes mennyisége a Golgiba továbbítódik, ahol a fehérjék módosulásokon és osztályozáson esnek át, és ezt követően kezdődik szállításuk a célállomás felé. A hímivarsejtek megfelelő fejlődése függ az őket körülvevő testi, ciszta sejtektől is, ugyanis a ciszta sejtek működési hibái is sterilitást eredményeznek. Ezen a megfigyelések továbbá, hogy a Drosophila hímivarsejtképződés folyamata érzékeny az endo- és exocitózis folyamatában bekövetkező változásokra, lehetővé teszik a membrántranszportban és/vagy a Golgi működésében résztvevő fehérjék azonosítását.  Csoportunk legfőbb tudományos célja a membrántranszportban résztvevő azon gének azonosítása és szerepének tisztázása a Drosophila melanogaster model szervezet hímivarsejtképződése során, melyek hibái hím sterilitáshoz vezetnek.