Funzione spermatica
In vivo, gli spermatozoi eiaculati di tutti i mammiferi euteri non sono in grado di fecondare fino a quando non hanno subito la capacitazione, il che consente alla reazione acrosoma (AR) di avvenire quando gli spermatozoi si avvicinano o contattano l’ovocita . La capacitazione è un fenomeno dipendente dal tempo, con il corso del tempo assoluto specifico della specie ., Prepara lo sperma a subire l’AR con il rilascio di accompagnamento degli enzimi litici e l’esposizione dei recettori di membrana, che sono necessari per la penetrazione dello sperma attraverso la zona pellucida (ZP) e la fusione con l’oolema . Il trasporto dello sperma attraverso il tratto genitale femminile può avvenire abbastanza rapidamente (tempi brevi come 15-30 min sono stati riportati negli esseri umani), mentre la capacitazione può richiedere da 3 h a 24 h . Si ipotizza, quindi, che la capacitazione non è completata fino a dopo che gli spermatozoi sono entrati nel cumulus oophorus., Questo ritardo è fisiologicamente vantaggioso perché gli spermatozoi non rispondono ai segnali che inducono l’AR fino a quando non si avvicinano allo ZP, prevenendo AR premature che portano alla fine all’incapacità dello sperma di penetrare nei paramenti dell’uovo . La capacitazione dello sperma è una modifica postejaculatory della membrana del plasma dello sperma, che comprende la mobilizzazione e / o la rimozione delle componenti di superficie, compreso le glicoproteine, il fattore di decapacitation, il fattore-stabilizzante dell’acrosoma e l’inibitore dell’acrosina. La capacitazione dello sperma comporta importanti cambiamenti biochimici e biofisici nel complesso della membrana e nel metabolismo energetico., La presenza di alte concentrazioni di colesterolo nel plasma seminale, che mantiene un’alta concentrazione di colesterolo nelle membrane spermatiche, sembra essere il fattore più importante per inibire la capacitazione . La capacitazione è associata ad una maggiore fluidità della membrana, causata dalla rimozione del colesterolo dalla membrana plasmatica dello sperma tramite accettori di steroli presenti nelle secrezioni del tratto femminile . Un marcato cambiamento nella motilità degli spermatozoi, chiamato iperattivazione, è anche associato alla capacitazione., Gli spermatozoi iperattivati presentano un modello di motilità estremamente vigoroso ma non progressivo, a causa dell’afflusso di Ca2+, che causa un aumento della curvatura flagellare e un movimento laterale estremo della testa dello sperma . Proteasoma partecipa all’attivazione dei canali del calcio che porta anche ad un aumento della fluidità della membrana e della permeabilità . Questi eventi sono seguiti da, o si verificano contemporaneamente, (1) una diminuzione della carica superficiale netta, (2) area devouta di proteine intramembrane e steroli e (3) aumento delle concentrazioni di fosfolipidi anionici ., La motilità iperattivata è essenziale per la penetrazione dello sperma nei complessi oocito–cumulo intatti sia in vitro che in vivo .
Lo spermatozoo si lega allo ZP con la sua membrana plasmatica intatta dopo aver penetrato nel cumulus oophorus. Il legame dello sperma avviene tramite recettori specifici per le glicoproteine ZP situate sopra la testa dello sperma anteriore . La glicosilazione delle glicoproteine ZP è un aspetto importante dell’interazione sperma–ZP., Si ritiene che la glicoproteina-3 umana ZP (ZP3) abbia un ruolo centrale nell’avvio dell’AR ; tuttavia, è stato recentemente dimostrato che anche ZP1 e ZP4 umani sono implicati nel processo . L’AR è un evento esocitotico accoppiato stimolo-secrezione in cui l’acrosoma si fonde con la membrana plasmatica sovrastante . Le fusioni multiple tra la membrana acrosomiale esterna e la membrana plasmatica provocano il rilascio di enzimi idrolitici (principalmente acrosina) e l’esposizione di nuovi domini di membrana, entrambi essenziali se la fecondazione deve procedere ulteriormente., Gli enzimi idrolitici rilasciati dall’acrosoma digeriscono lo ZP, permettendo allo spermatozoo di penetrare nell’ovocita . L’AR sembra essere fisiologicamente indotta da stimolanti naturali come il fluido follicolare (FF), progestinico, progesterone e idrossiprogesterone . Le cellule del fluido follicolare e del cumulo contengono progesterone legato alle proteine che è stato identificato come uno dei più importanti agenti che inducono la reazione acrosoma . Il fluido follicolare stimola l’AR in modo dose-dipendente ., È stato descritto un legame tra estradiolo prodotto localmente da spermatozoi eiaculati, AR e capacitazione dello sperma . Inoltre, le prove indicano che gli estrogeni ambientali possono stimolare significativamente la capacitazione e l’AR degli spermatozoi dei mammiferi . Quindi, l’AR è probabilmente iniziata quando i ligandi prodotti dall’ovocita si legano ai recettori dello sperma. Questo segnale viene trasdotto intracellulare tramite secondi messaggeri, portando infine all’esocitosi ., Un certo numero di vie del secondo messaggero sono state identificate in spermatozoi umani, compresi quelli che provocano l’attivazione di adenosina monofosfato ciclico (cAMP), guanosina monofosfato ciclico (cGMP) e chinasi proteiche fosfolipidi-dipendenti . Queste chinasi sono chiamate, rispettivamente, protein chinasi A, protein chinasi G e protein chinasi C. È possibile che queste vie interagiscano per garantire una risposta ottimale nel luogo e nel tempo corretti durante il processo di fecondazione., Sebbene la concentrazione di cGMP nello sperma umano eiaculato sia quasi sette volte inferiore a cAMP, si ipotizza che entrambi i nucleotidi abbiano un ruolo simile nell’AR poiché le loro protein chinasi dipendenti sono strettamente correlate . L’AR può anche essere indotta da stimolanti artificiali che causano e aumentano il calcio intracellulare dello sperma .
L’integrità degli acrosomi è fondamentale per la fecondazione. Un’alta percentuale di spermatozoi con acrosomi intatti è visto in eiaculati di uomini normali. In tali individui, tuttavia, sperm 5-20% le cellule spermatiche possono presentare AR spontanee che non hanno alcun significato clinico ., Al contrario, diverse condizioni anomale che interessano l’acrosoma dello sperma possono portare ad una ridotta capacità di fecondazione. Gli spermatozoi a testa rotonda acrosomeless (spermatozoi globozoospermici) non sono in grado di fertilizzare gli ovociti e l’aumento delle percentuali di acrosomi morfologicamente anormali è stato correlato al fallimento della fecondazione nella tecnologia di riproduzione assistita (ART) utilizzando la fecondazione in vitro convenzionale (IVF) . Per AR è un fenomeno dipendente dal tempo, non può avvenire prematuramente o troppo tardi ., Sia la prematura AR che l’incapacità degli spermatozoi di rilasciare il contenuto acrosomiale in risposta a stimoli adeguati (nota come insufficienza AR) sono state associate a infertilità maschile inspiegabile . Sebbene la causa dell’AR prematura sia sconosciuta, l’inizio prematuro (indipendente dallo stimolo) dell’esocitosi acrosomiale sembra essere correlato a una perturbazione della stabilità della membrana plasmatica. In questa situazione, AR non può comportare un’attivazione prematura del processo mediato dal recettore, ma piuttosto riflettere una fragilità intrinseca della membrana spermatica, portando ad una perdita acrosomiale indipendente dal recettore ., Gli anticorpi antisperm (ASA) possono influire negativamente sulla capacità dello sperma di sottoporsi a capacitazione e AR . Chang et al. riportato una riduzione del tasso di fecondazione sia da IgG direttamente legato allo sperma o IgM presenti nel siero femminile. La combinazione di IgG e IgA può avere un effetto negativo sinergico sulla fecondazione . Le sostanze tossiche per lo sperma possono anche influenzare AR. Alte concentrazioni di sostanze fitochimiche dietetiche, come genisteina, isoflavone e β-lapachone, hanno dimostrato di sopprimere l’AR in modo dose – dipendente e dipendente dal tempo nel modello di ratto ., L’inibizione dell’AR da parte della genisteina sembra coinvolgere la via della protein chinasi C mentre il β-lapachone ha un effetto citotossico diretto sulla membrana delle cellule spermatiche. Si suggerisce che genisteina e β-lapachone potrebbero avere un impatto sulla fertilità maschile tramite soppressione AR in dosi elevate e induzione AR in basse dosi . I calcio-antagonisti possono anche interferire con l’evento esocitotico AR., L’incubazione dello sperma con calcio bloccanti, come trifluoperazina (inibitore della calmodulina), verapamil (inibitore del canale Ca2+) e nifedipina (inibitore del canale Ca2+ voltaggio-dipendente) ha ridotto significativamente la capacità dello sperma di criceto di sottoporsi ad AR .
Recenti pubblicazioni su AR si sono concentrate sugli aspetti biochimici e funzionali della fusione sperma–ovocita. È stato dimostrato che nell’uomo, ZP1 oltre a ZP3 e ZP4 si lega agli spermatozoi capacitati e induce l’esocitosi acrosomiale ., L’AR indotta da ZP3 comporta l’attivazione di canali del calcio azionati da tensione di tipo T (VOCC), mentre ZP1 e ZP4 coinvolgono VOCC di tipo T e L. Chiu et al. ha riferito che la glicodelina-A, una glicoproteina presente nel tratto riproduttivo femminile, sensibilizza gli spermatozoi all’AR indotta da ZP in un meccanismo specifico di glicosilazione che coinvolge l’attivazione della via adenilil ciclasi/PKA, soppressione dell’attivazione extracellulare della chinasi regolata dal segnale e sovraregolazione dell’afflusso di calcio indotto da ZP., Questi risultati suggeriscono che la glicodelina-A può essere importante, in vivo, per garantire la piena reattività degli spermatozoi umani allo ZP.