Reakcja akrosomowa - Acrosome reaction

Podczas zapłodnienia , A plemnik musi najpierw bezpiecznik z błony komórkowej, a następnie wnikają żeńskiej komórki jajowej do jej zapłodnienia. Łączenie się z komórką jajową zwykle nie sprawia większych problemów, podczas gdy penetracja przez twardą skorupę jaja lub macierz zewnątrzkomórkową może być trudniejsza. Dlatego plemniki przechodzą proces znany jako reakcja akrosomowa , która jest reakcją zachodzącą w akrosomie plemnika zbliżającego się do komórki jajowej. Akrosomem jest cap-jak konstrukcja nad przednią połowę głowy sperma jest.

W miarę zbliżania się plemnika do osłonki przejrzystej komórki jajowej, która jest niezbędna do zainicjowania reakcji akrosomowej, błona otaczająca akrosom łączy się z błoną plazmatyczną główki plemnika, odsłaniając zawartość akrosomu. W jej skład wchodzą antygeny powierzchniowe niezbędne do wiązania się z błoną komórkową jaja oraz liczne enzymy odpowiedzialne za przebicie twardej powłoki jaja i umożliwienie zapłodnienia.

Różnice między gatunkami

Istnieją znaczne różnice gatunkowe w morfologii i konsekwencjach reakcji akrosomowej. U kilku gatunków wyzwalacz reakcji akrosomowej zidentyfikowano w warstwie otaczającej jajo.

Szkarłupnie

U niektórych niższych gatunków zwierząt na wierzchołku główki plemnika tworzy się wypukłość (proces akrosomalny), podtrzymywana przez rdzeń z mikrowłókien aktynowych. Błona na końcu procesu akrosomalnego łączy się z błoną plazmatyczną jaja.

U niektórych szkarłupni, w tym rozgwiazd i jeżowców , znaczna część odsłoniętej zawartości akrosomów zawiera białko, które tymczasowo zatrzymuje plemniki na powierzchni komórki jajowej.

Ssaki

U ssaków reakcja akrosomowa uwalnia hialuronidazę i akrozynę ; ich rola w zapłodnieniu nie jest jeszcze jasna. Reakcja akrosomalna nie rozpoczyna się, dopóki plemnik nie wejdzie w kontakt z przejrzystą strefą oocytu . Po zetknięciu się z osłoną przejrzystą, enzymy akrosomalne zaczynają się rozpuszczać, a włókno aktynowe wchodzi w kontakt z osłoną przejrzystą. Gdy te dwa się spotkają, następuje napływ wapnia, powodując kaskadę sygnalizacyjną. Ziarna korowe wewnątrz oocytu łączą się następnie z błoną zewnętrzną i następuje szybka, szybka reakcja blokowania.

Zmienia również fragment istniejącej wcześniej błony plazmatycznej nasienia, dzięki czemu może on połączyć się z błoną komórkową jaja.

Test penetracji plemników obejmuje test reakcji akrosomowej, który ocenia, jak dobrze plemniki mogą działać podczas procesu zapłodnienia. Plemniki, które nie są w stanie prawidłowo przejść przez reakcję akrosomową, nie będą w stanie zapłodnić komórki jajowej. Jednak ten problem występuje tylko u około 5% mężczyzn, którzy przeszli test. Test ten jest dość kosztowny i dostarcza ograniczonych informacji na temat płodności mężczyzny.

W innych przypadkach, takich jak u myszy zaroślowej Apodemus sylvaticus , stwierdzono, że przedwczesne reakcje akrosomowe powodują zwiększoną ruchliwość agregatów plemników sprzyjających zapłodnieniu.

Proces

Reakcję acrosomal zwykle odbywa się w bańce z jajowodu (miejsce zapłodnieniu), gdy plemniki przenika wtórnego oocytu. Kilka zdarzeń poprzedza właściwą reakcję akrosomową . Plemnik nabiera „nadaktywnego wzorca ruchliwości”, dzięki któremu jego wić wytwarza energiczne ruchy przypominające bicz, które napędzają plemnik przez kanał szyjki macicy i jamę macicy, aż dotrą do przesmyku jajowodu. Plemnik dociera do komórki jajowej w bańce jajowodu za pomocą różnych mechanizmów, w tym chemotaksji . Glikoproteiny na zewnętrznej powierzchni plemnika wiążą się następnie z glikoproteinami w osłonie przejrzystej komórki jajowej.

Plemniki, które nie zainicjowały reakcji akrosomowej przed dotarciem do osłonki przejrzystej, nie są w stanie przeniknąć do osłonki przejrzystej. Ponieważ reakcja akrosomowa już wystąpiła, plemniki są w stanie przeniknąć przez osłonę przejrzystą dzięki mechanicznemu działaniu ogona, a nie samej reakcji akrosomowej.

Pierwszym etapem jest penetracja korony promienistej, poprzez uwolnienie hialuronidazy z akrosomu w celu strawienia komórek wzgórka otaczającego oocyt i odsłonięcia akrozyny przyczepionej do wewnętrznej błony plemnika. Te komórki wzgórka są wbudowane w substancję podobną do żelu, wykonane głównie z kwasu hialuronowego, a opracowane w jajniku z jaj i podeprzeć jak rośnie. Reakcja akrosomowa musi nastąpić zanim plemnik osiągnie strefę przejrzystą.

Acrosyn trawi warstwę przejrzystą i błonę oocytu. Część błony komórkowej plemnika łączy się następnie z błoną komórki jajowej, a zawartość główki zapada się w komórkę jajową. U myszy wykazano, że ZP3, jedno z białek tworzących osłonę przejrzystą, wiąże się z cząsteczką partnera (z receptorami transferazy β1,4-galaktozylu) na plemniku. Ten mechanizm typu „zamek i klucz” jest specyficzny gatunkowo i zapobiega fuzji plemników i komórek jajowych różnych gatunków. Zona pellucida uwalnia również granulki Ca, aby zapobiec wiązaniu innych plemników. Istnieją pewne dowody na to, że to wiązanie wyzwala akrosom do uwalniania enzymów, które umożliwiają plemnikowi łączenie się z komórką jajową. Podobny mechanizm prawdopodobnie występuje u innych ssaków, ale różnorodność białek strefy między gatunkami oznacza, że ​​odpowiednie białko i receptor mogą się różnić.

Nowsze dowody naukowe wykazują, że reakcja akrosomalna jest konieczna do wyeksponowania na plemniku białka o nazwie IZUMO1 : bez reakcji plemniki mogą nadal przenikać przez osłonę przejrzystą do błony jajowej, ale nie mogą się łączyć. Jak zaobserwowano w badaniach na myszach, IZUMO1 wiąże się z białkiem oocytu JUNO i po związaniu plemnik i komórka jajowa łączą się, tworząc dwa przedjądra. Te przedjądra dostarczają zygocie materiał genetyczny niezbędny do powstania zarodka. Dodatkowo, po zakończeniu fuzji plemnika i komórki jajowej, z plemników uwalniana jest fosfolipaza C zeta.

Po penetracji, jeśli wszystko zachodzi normalnie, następuje proces aktywacji jaja i mówi się, że oocyt został aktywowany . Uważa się, że jest to wywołane przez specyficzną fosfolipazę białkową c zeta. Podlega wtórnemu podziałowi mejotycznemu, a dwa haploidalne jądra (ojcowskie i matczyne) łączą się, tworząc zygotę . Aby zapobiec polispermii i zminimalizować możliwość wytworzenia triploidalnej zygoty, kilka zmian w błonach komórkowych jaja czyni je nieprzepuszczalnymi wkrótce po dostaniu się pierwszego plemnika do komórki jajowej (np. szybka utrata JUNO).

Spontaniczna reakcja akrosomowa

Plemniki mogą inicjować reakcję akrosomalną na długo przed dotarciem do osłonki przejrzystej, jak również in vitro w odpowiedniej pożywce hodowlanej. Nazywa się to spontaniczną reakcją akrosomową (SAR).

Obecnie wiadomo, że w pewnym sensie zjawisko to jest fizjologicznie normalne wśród gatunków ssaków. Reakcja akrosomowa jest indukowana przez przejście przez komórki wzgórka jajnikowego za pośrednictwem wydzielanych przez nie hormonów (takich jak progesteron , LPA , LPC ).

Odrębnym zjawiskiem jest jednak fizjologiczna rola prawdziwie spontanicznej reakcji akrosomalnej, zachodzącej na długo przed tym punktem w żeńskim układzie rozrodczym, czyli in vitro .

U myszy ustalono, że jest to fizjologicznie normalne i powszechne. Plemniki myszy, które przeszły całkowicie spontaniczną reakcję akrosomową, nadal są zdolne do zapłodnienia jajeczek. Co więcej, tempo spontanicznej reakcji akrosomowej jest wyższe u bardziej rozwiązłych gatunków, takich jak Apodemus sylvaticus , które borykają się z wysokim poziomem konkurencji plemników.

Z drugiej strony, u ludzi pozostaje dyskusyjne, gdzie dokładnie reakcja akrosomowa jest inicjowana w fizjologicznym zapłodnieniu, ze względu na ograniczenia eksperymentalne (na przykład badania na zwierzętach mogą wykorzystywać transgeniczne myszy z fluorescencyjnymi plemnikami, podczas gdy badania na ludziach nie).

Przeprowadzono badania z zamiarem powiązania wskaźnika SAR in vitro w ludzkim plemniku z jakością nasienia i wskaźnikiem zapłodnienia, ale ogólne wyniki są mieszane i nie wydają się być klinicznie przydatne od 2018 r.

W zapłodnieniu in vitro

W przypadku stosowania intracytoplazmatycznego wstrzyknięcia spermy (ICSI) do zapłodnienia in vitro , szybkość implantacji jest wyższa w oocytach, do których wstrzyknięto plemniki, które przeszły reakcję akrosomową (~40%) w porównaniu z tymi, którym wstrzyknięto plemniki, które nie przereagowały (~10%). Szybkość implantacji wynosi ~ 25% w przypadku wstrzyknięcia zarówno przereagowanych, jak i nieprzereagowanych plemników. Wskaźnik dostawy na cykl podąża za tym samym trendem.

Reakcja akrosomowa może być stymulowana in vitro przez substancje, które plemnik może naturalnie napotkać, takie jak progesteron lub płyn pęcherzykowy , a także powszechniej stosowany jonofor wapnia A23187 .

Oszacowanie

Mikroskopia dwójłomności , cytometria przepływowa lub mikroskopia fluorescencyjna mogą być stosowane do oceny złuszczania akrosomu lub „reakcji akrosomowej” próbki nasienia. Cytometria przepływowa i mikroskopia fluorescencyjna są zwykle wykonywane po wybarwieniu lektyną fluoresceinowaną, taką jak FITC-PNA, FITC-PSA, FITC-ConA lub przeciwciałem fluoresceinowanym, takim jak FITC-CD46. Przeciwciała/lektyny mają wysoką specyficzność dla różnych części regionu akrosomalnego i będą wiązać się tylko z określonym miejscem (zawartość akrosomu/błona wewnętrzna/zewnętrzna). W przypadku związania z cząsteczką fluorescencyjną można uwidocznić regiony, w których te sondy związały się. Plemniki ze sztucznie indukowanymi reakcjami akrosomowymi mogą służyć jako kontrole pozytywne.

Do mikroskopii fluorescencyjnej wykonuje się rozmaz wypłukanych plemników, suszy na powietrzu, permeabilizuje, a następnie barwi. Taki slajd jest następnie oglądany w świetle o długości fali, która spowoduje fluorescencję sondy, jeśli jest związana z obszarem akrosomalnym. Co najmniej 200 komórek uważa się za arbitralnie i klasyfikuje jako nienaruszone akrosom (jasnozielona fluorescencja) lub reagujące z akrosomem (brak sondy lub tylko w regionie równikowym). Jest następnie wyrażany jako procent zliczonych komórek.

W celu oceny za pomocą cytometrii przepływowej, przemyte komórki inkubuje się z wybraną sondą, ewentualnie przepuszcza ponownie, a następnie pobiera próbki w cytometrze przepływowym. Po bramkowaniu populacji komórek zgodnie z rozpraszaniem do przodu i na boki, uzyskane dane mogą być analizowane (np. porównywane średnie fluorescencje). Dzięki tej technice można również dołączyć sondę do badania żywotności, taką jak jodek propidyny (PI), aby wykluczyć martwe komórki z oceny akrosomów, ponieważ wiele plemników samoistnie utraci swój akrosom po śmierci.

Zobacz też

• Reakcja korowa
• Test komórek jajowych bez strefy chomika
• ZP3

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Akrosom + reakcja w amerykańskiej National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Nosek, Thomas M. „Sekcja 5/5ch8 / s5ch8_21” . Podstawy fizjologii człowieka . Zarchiwizowane od oryginału 24.03.2016.
• Animacja na stanford.edu