Войти
Во время оплодотворения сначала сперматозоид сливаются с плазматической мембраной, а затем проникают в женскую яйцеклетку, чтобы оплодотворить ее. Слияние с яйцеклеткой обычно вызывает небольшие проблемы, в то время как проникновение через твердую оболочку яйца или внеклеточный матрикс может представлять большую проблему для сперматозоидов. Следовательно, сперматозоиды проходят процесс, известный как акросомная реакция, которая представляет собой реакцию, которая происходит в акросоме сперматозоида, когда он приближается к яйцеклетке. Акросома представляет собой шапковидную структуру над передней половиной головки сперматозоида.
По мере приближения сперматозоидов к пеллюцидной зоне яйца, что необходимо для инициирования акросомной реакции, мембрана, окружающая акросому, сливается с плазматической мембраной головка спермы, обнажая содержимое акросомы. Содержимое включает поверхностные антигены, необходимые для связывания с мембраной яйцеклетки, и многочисленные ферменты, которые отвечают за прорыв твердой оболочки яйца и обеспечение возможности оплодотворения.
Существуют значительные различия между видами в морфологии и последствиях акросомной реакции. У нескольких видов триггер акросомной реакции был идентифицирован в слое, окружающем яйцо.
У некоторых низших видов животных на вершине головки сперматозоида образуется выпуклость (акросомальный отросток), поддерживаемая ядром актиновых микрофиламентов. Мембрана на конце акросомного отростка сливается с плазматической мембраной яйца.
У некоторых иглокожих, включая морскую звезду и морских ежей, значительная часть открытого акросомного содержимого содержит белок, который временно удерживает сперму на поверхности яйца.
У млекопитающих акросомная реакция высвобождает гиалуронидазу и акрозин ; их роль в оплодотворении пока не ясна. Акросомная реакция не начинается до тех пор, пока сперма не вступит в контакт с блестящей оболочкой ооцита. При контакте с блестящей оболочкой акросомальные ферменты начинают растворяться, и актиновая нить входит в контакт с блестящей оболочкой. Как только они встречаются, происходит приток кальция, вызывающий сигнальный каскад. Затем корковые гранулы внутри ооцита сливаются с внешней мембраной, и происходит быстрая реакция блокировки.
Он также изменяет участок ранее существовавшей плазматической мембраны сперматозоидов, чтобы он мог сливаться с плазматической мембраной яйцеклетки.
Анализ проникновения сперматозоидов включает тест акросомной реакции, который оценивает, насколько хорошо сперматозоиды могут работать в процессе оплодотворения. Сперма, которая не может должным образом пройти через акросомную реакцию, не сможет оплодотворить яйцеклетку. Однако эта проблема возникает только у 5% мужчин, прошедших обследование. Этот тест довольно дорогостоящий и дает ограниченную информацию о фертильности мужчины.
В других случаях, например, у лесной мыши Apodemus sylvaticus, было обнаружено, что преждевременные акросомные реакции вызывают повышение подвижности у скопления сперматозоидов, способствующие оплодотворению.
Акросомная реакция обычно происходит в ампуле фаллопиевой трубы (место оплодотворения) когда сперма проникает во вторичный ооцит. Реальной реакции акросомы предшествуют несколько событий. Сперматозоид приобретает «гиперактивный паттерн подвижности», благодаря которому его жгутик производит энергичные, похожие на хлыст движения, продвигающие сперматозоиды через цервикальный канал и полость матки, пока они не достигнут перешейка маточной трубы. Сперма приближается к яйцеклетке в ампуле фаллопиевой трубы с помощью различных механизмов, включая хемотаксис. Гликопротеины на внешней поверхности сперматозоидов затем связываются с гликопротеинами zona pellucida яйцеклетки.
Сперма, которая не инициировала реакцию акросомы до достижения пеллюцидной оболочки, неспособна проникнуть в пеллюцидную зону. Поскольку акросомная реакция уже произошла, сперматозоиды могут проникать в блестящую оболочку благодаря механическому воздействию хвоста, а не из-за самой реакции акросомы.
Первой стадией является проникновение в лучистую корону посредством высвобождение гиалуронидазы из акросомы для переваривания кумулюсных клеток, окружающих ооцит, и обнажение акрозина, прикрепленного к внутренней мембране сперматозоидов. кумулюсные клетки заключены в гелеобразное вещество, состоящее в основном из гиалуроновой кислоты, развиваются в яичнике вместе с яйцеклеткой и поддерживают его в процессе роста. Акросомная реакция должна произойти до того, как сперматозоид достигнет пеллюцидной оболочки.
Акрозин переваривает пеллюцидную зону и мембрану ооцита. Затем часть мембраны сперматозоидов сливается с мембраной яйцеклетки, и содержимое головки погружается в яйцеклетку. На мышах было продемонстрировано, что ZP3, один из белков, составляющих блестящую оболочку, связывается с партнерской молекулой (с рецепторами β1,4-галактозилтрансферазы) в сперме. Этот механизм типа «замок и ключ» зависит от вида и предотвращает слияние сперматозоидов и яйцеклеток разных видов. Пеллюцидная зона также выделяет гранулы Са, чтобы предотвратить связывание других сперматозоидов. Есть некоторые свидетельства того, что это связывание заставляет акросому высвобождать ферменты, которые позволяют сперматозоиду слиться с яйцеклеткой. Похожий механизм, вероятно, встречается и у других млекопитающих, но разнообразие белков зоны у разных видов означает, что соответствующий белок и рецептор могут различаться.
Более свежие научные данные демонстрируют, что акросомная реакция необходима для воздействия на сперматозоиды белка, называемого IZUMO1 : без реакции сперматозоиды все еще могут проникать через пеллюцидную оболочку к оболочке яйца, но не может слиться. Как видно из исследований на мышах, IZUMO1 связывается с белком ооцита JUNO и, однажды связавшись вместе, сперма и яйцеклетка сливаются вместе, образуя два пронуклеуса. Эти пронуклеусы снабжают зиготу генетическим материалом, необходимым для формирования эмбриона. Кроме того, после завершения слияния сперматозоидов и ооцита из сперматозоидов высвобождается фосфолипаза С дзета.
После проникновения, если все происходит нормально, происходит процесс активации яйца, и считается, что ооцит активирован. Считается, что это индуцируется специфической протеинфосфолипазой czeta. Он подвергается вторичному мейотическому делению, и два гаплоидных ядра (отцовское и материнское) сливаются с образованием зиготы. Чтобы предотвратить полиспермию и свести к минимуму возможность образования триплоидной зиготы, несколько изменений клеточных мембран яйцеклетки делают их непроницаемыми вскоре после того, как первая сперма попадает в яйцеклетку (например, быстрая потеря JUNO).
Сперматозоиды могут инициировать акросомную реакцию задолго до достижения блестящей оболочки, а также in vitro в соответствующей культуральной среде. Это называется спонтанной акросомной реакцией (SAR).
Сейчас известно, что в определенном смысле это явление физиологически нормально для всех видов млекопитающих. Акросомная реакция вызывается прохождением через клетки cumulus oophorus, опосредованным гормонами, которые они выделяют (такими как прогестерон, LPA, LPC ).
Однако физиологическая роль действительно спонтанной акросомной реакции, происходящей задолго до этого момента в женском репродуктивном тракте или in vitro, является отдельным феноменом.
У мышей это было хорошо установлено как физиологически нормальное и нормальное. Сперматозоиды мышей, подвергшиеся полностью спонтанной акросомной реакции, по-прежнему способны оплодотворять яйцеклетки. Кроме того, скорость спонтанной акросомной реакции выше у более беспорядочных видов, таких как Apodemus sylvaticus, которые сталкиваются с высоким уровнем сперматозоидов
У людей, с другой стороны, остается спорным, где именно активируется акросомная реакция при физиологическом оплодотворении, из-за экспериментальных ограничений (например, в исследованиях на животных могут использоваться трансгенные мыши с флуоресцентной спермой, в то время как Исследования на людях не могут).
Были проведены исследования с целью увязать уровень SAR in vitro в человеческих сперматозоидах с качеством спермы и частотой оплодотворения, но общие результаты неоднозначны и не кажутся клинически полезными по состоянию на 2018 г.
При использовании внутрицитоплазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ) для ЭКО, частота имплантации выше в ооцитах, в которые инъецировали сперматозоиды, подвергшиеся акросомной реакции (~ 40%), по сравнению с ооцитами, в которые инъецировали непрореагировавшие сперматозоиды (~ 10%). Частота имплантации составляет ~ 25% при введении как прореагировавших, так и непрореагировавших сперматозоидов. Скорость доставки за цикл следует той же тенденции.
Акросомная реакция может быть стимулирована in vitro веществами, с которыми сперматозоиды могут встречаться естественным образом, такими как прогестерон или фолликулярная жидкость, а также более часто используемый кальций ионофор A23187.
двулучепреломление микроскопия, проточная цитометрия или флуоресцентная микроскопия может использоваться для оценки выделения акросомы или «акросомной реакции» образца спермы. Проточная цитометрия и флуоресцентная микроскопия обычно выполняются после окрашивания флуоресцеинированным лектином, таким как FITC-PNA, FITC-PSA, FITC-ConA, или флуоресцеинированным антителом, таким как FITC-CD46. Антитела / лектины обладают высокой специфичностью к различным частям акросомной области и связываются только с определенным участком (содержимое акросомы / внутренняя / внешняя мембрана). Если они связаны с флуоресцентной молекулой, можно визуализировать области, где эти зонды связаны. Сперматозоиды с искусственно вызванными акросомными реакциями могут служить положительным контролем.
Для флуоресцентной микроскопии делают мазок из промытых сперматозоидов, сушат на воздухе, делают проницаемым и затем окрашивают. Затем такое слайд рассматривается под светом с длиной волны, которая вызывает флуоресценцию зонда, если он связан с акросомной областью. По крайней мере 200 клеток считаются произвольно и классифицируются как неповрежденные акросомы (флуоресцирующие ярко-зеленым) или прореагировавшие на акросомы (без зонда или только в экваториальной области). Затем он выражается в процентах от подсчитанных клеток.
Для оценки с помощью проточной цитометрии отмытые клетки инкубируют с выбранным зондом, возможно, пропускают снова, затем отбирают пробы в проточном цитометре. После стробирования популяции клеток в соответствии с прямым и боковым рассеянием полученные данные можно анализировать (например, сравнивать средние флуоресценции). С помощью этого метода можно также включить зонд жизнеспособности, такой как иодид пропидия (PI), чтобы исключить мертвые клетки из оценки акросомы, поскольку многие сперматозоиды спонтанно теряют свою акросому, когда они умирают.
