Мембраны окружают клетки с момента зарождения жизни четыре миллиарда лет назад. Их главная задача — сделать так, чтобы все важнейшие биологические процессы протекали в замкнутом пространстве. В организме человека мембраны отвечают за межклеточные связи, передавая сигналы из внешней среды в клетку и наоборот. Это обеспечивает функционирование тканей и всего организма, пишут доцент кафедры биоорганической химии Тартуского университета Дарья Лавыгина,  и профессор репродуктивной медицины Андрес Салуметс.

В самом начале зарождения новой жизни — в момент оплодотворения — происходит соприкосновение окружающих яйцеклетку и сперматозоид оболочек. Однако ученые до сих пор изучали клеточные мембраны меньше, чем генетический материал (ДНК) и белки. Также очень мало известно о том, как химические вещества окружающей среды могут влиять на клеточную мембрану.

Ежедневно люди контактируют со многими бытовыми химикатами. Они содержатся во всем — от пластиковой упаковки и косметики до бытовой химии и мебели. Хотя они, возможно, и не являются токсичными напрямую, знания об их долгосрочном и кумулятивном воздействии на здоровье человека все еще неоднородны.

Известно, что некоторые химические вещества, такие как инсектицид ДДТ, особенно опасны для хищных птиц. Но ученые полагают, что этот же химикат вызывает нарушения развития, а также увеличивает риск развития рака у новорожденных млекопитающих. Некоторые другие химические вещества, такие как пер- и полифторалкильные соединения (широко известные как PFAS), также содержащиеся в тефлоновых покрытиях, накапливаясь, могут потенциально участвовать в нарушении  различных функций организма и органов.

Кроме того, существуют химикаты, которые частично расщепляются и выводятся из организма, однако их частое воздействие все же может повлиять на некоторые функции, например, на обмен веществ и действие гормонов. Наиболее изучено влияние этих химических веществ на репродуктивное здоровье женщин и мужчин.

Фталаты

Фталаты — это добавки, широко используемые для улучшения таких свойств пластиковых изделий как гибкость и мягкость. Их можно найти, например, в напольных покрытиях, упаковке, медицинских приборах, косметике и, в прошлом, даже в детских игрушках.

В нескольких исследованиях ученые связали воздействие фталатов с определенными рисками для здоровья человека, включая проблемы с фертильностью.

Поскольку влияние этих веществ вызывало обеспокоенность, с 2000-х годов их применение было ограничено. Например, в Европейском Союзе в 2007 году запретили использовать фталаты в игрушках и средствах по уходу за детьми.

Фталаты считаются химическими веществами, нарушающими работу эндокринной системы, которая, помимо прочего, играет важную роль в репродукции. У женщин гормоны отвечают за созревание яйцеклетки, подготавливают матку к развитию эмбриона и обеспечивают связь между развивающимся плодом и матерью.

Предыдущие исследования неполны

В недавних исследованиях, выполненных с участием эстонских ученых, было показано вредное влияние фталатов на созревание яйцеклетки в яичнике и функционирование матки. А именно, химические добавки вызывают снижение фертильности и бесплодие. Хотя предыдущие работы также показали, что фталаты могут быть опасны для репродуктивного здоровья, знания об их непосредственных мишенях на молекулярном уровне до сих пор были неполными, а иногда и противоречивыми.

В большинстве случаев для изучения воздействия веществ, в том числе фталатов, применяют методы мультиомики. В их числе, например, транскриптомика и протеомика, которые анализируют профиль РНК и белка в образце. Хотя эти методы очень мощные и дают широкую картину биологических изменений, они по-прежнему фокусируются на последствиях действия веществ, а не на их прямых мишенях. Это означает, что игнорируется вопрос о том, как именно исследуемое вещество влияет на молекулярные механизмы клетки. Поэтому следует параллельно применять знания в области химии — выбирать наиболее подходящие методы исследования на основании химической структуры вещества.

Например, фталаты представляют собой довольно небольшие органические амфифильные молекулы, то есть обладают как гидрофильными, так и гидрофобными свойствами одновременно. Это предполагает, что они могут связываться с несколькими белками-мишенями, такими как ферменты, рецепторы или факторы транскрипции, влияющие на экспрессию генов.

Но насколько фталаты влияют на мембраны, окружающие клетки? Некоторые элементы химической структуры фталатов действительно схожи с основными компонентами клеточной мембраны, такими как фосфолипиды и холестерин. Следовательно, они могут проникать в мембрану и тем самым влиять на ее текучесть. 

Это свойство чрезвычайно важно с точки зрения ряда биологических процессов. Оно играет роль в активации рецепторов, транспортировке молекул в клетку и из нее, а также в экспрессии генов в ответ на изменения условий окружающей среды. Известно также, что контакты между клетками, а значит и структура ткани, зависят от физических свойств мембран.

Новое исследование заполняет пробел

В недавнем исследовании ученые выделили один конкретный фталат — MEHHP. Он встречается в относительно высоких концентрациях в организме человека, а также в клинических образцах мочи и крови. Высокие уровни указывают на то, что вещество оказывает ежедневное воздействие.

Кроме того, ученые использовали смеси, содержащие другие фталаты, также обнаруженные в биологических образцах человека, включая материнское грудное молоко. Целью работы было проанализировать два аспекта влияния этих веществ на клетки матки: кратковременное воздействие на текучесть клеточной мембраны и долговременное — на образование клеточных агрегатов или сфероидов, а также содержание белков, участвующих в этом процессе (например, белка ZO-1) в сфероидах. Последний аспект помогает лучше понять, как фталаты влияют на связь между клетками в ткани.

Результаты исследования подтвердили первоначальную гипотезу — вещества влияют на текучесть мембраны клеток матки. При этом она могла как увеличиваться, так и уменьшаться в разных слоях мембраны для конкретного анализируемого вещества или смеси. Кроме того, фталаты нарушали образование сфероидов клеток матки и экспрессию белка ZO-1.

Текучесть клеточной мембраны должна оставаться в определенном идеальном диапазоне для установления межклеточных связей. Если происходят изменения, функция ткани нарушается. Дальнейшие исследования должны показать, как вызванные фталатом нарушения текучести приводят к снижению женской фертильности.

Таким образом, новое исследование показывает, что при изучении воздействия фталатов и химических веществ, нарушающих работу эндокринной системы, следует использовать более широкий подход. Анализ белковых мишеней сам по себе недостаточен. Результаты исследования помогают объяснить противоречивые эффекты, о которых сообщалось ранее, и подтверждают, что фталаты могут существенно влиять, например, на биологию клеток слизистой оболочки матки, которая необходима для прикрепления эмбриона.

Исследование опубликовано в журнале Reproductive Toxicology.