funkcje plemników
in vivo plemniki wytryskujące ze wszystkich ssaków euteriańskich nie są w stanie zapłodnić, dopóki nie zostaną poddane kondensacji, co pozwala na reakcję akrosomu (AR), gdy plemniki zbliżają się do oocytu lub kontaktują się z nim . Kondensacja jest zjawiskiem zależnym od czasu, przy czym bezwzględny przebieg czasu jest specyficzny dla gatunku ., Przygotowuje plemniki do poddania się AR z towarzyszącym uwolnieniem enzymów litycznych i ekspozycji receptorów błonowych, które są niezbędne do penetracji plemników przez zona pellucida (ZP) i fuzji z oolema . Transport plemników przez żeńskie drogi płciowe może następować dość szybko (u ludzi odnotowano czasy tak krótkie, jak 15-30 min), natomiast kondensacja może trwać od 3 h do 24 h . Spekuluje się więc, że kondensacja nie jest zakończona, dopóki plemniki nie wejdą do cumulus oophorus., Opóźnienie to jest fizjologicznie korzystne, ponieważ plemniki nie reagują na sygnały indukujące AR, dopóki nie zbliżają się do ZP, zapobiegając przedwczesnym ARs, które ostatecznie prowadzą do niezdolności plemników do penetracji szat jajecznych . Pojemność plemników jest postejakulacyjną modyfikacją błony plazmy plemników, która polega na mobilizacji i / lub usunięciu składników powierzchniowych, w tym glikoprotein, czynnika dekapacitacji, czynnika stabilizującego akrosom i inhibitora akrozyny. Pojemność plemników obejmuje duże zmiany biochemiczne i biofizyczne w kompleksie błon i metabolizm energetyczny., Obecność wysokiego stężenia cholesterolu w osoczu nasiennym, który utrzymuje wysokie stężenie cholesterolu w błonach plemników, wydaje się być najważniejszym czynnikiem hamującym kondensację. Kondensacja jest związana ze zwiększoną płynnością błony, spowodowaną usuwaniem cholesterolu z błony plazmy plemników przez akceptory steroli obecne w wydzielinie żeńskiego przewodu pokarmowego . Wyraźna zmiana ruchliwości plemników, zwana hiperaaktywacją, jest również związana z pojemnością., Nadaktywne plemniki wykazują niezwykle energiczny, ale nieprogresywny wzór ruchliwości, w wyniku napływu Ca2+, co powoduje zwiększone krzywizny rzęskowe i ekstremalne boczne ruchy głowicy plemników . Proteasom bierze udział w aktywacji kanałów wapniowych, co prowadzi również do zwiększonej płynności błony i przepuszczalności . Po tych zdarzeniach następuje lub zachodzi równocześnie z (1) zmniejszeniem ładunku powierzchniowego netto, (2) wydzieleniem powierzchni białka wewnątrzmacicznego i steroli oraz (3) zwiększonym stężeniem anionowych fosfolipidów ., Nadmierna ruchliwość jest niezbędna do penetracji plemników do nienaruszonych kompleksów oocytów-cumulus zarówno in vitro, jak i In vivo .
plemnik wiąże się z ZP nienaruszoną błoną osocza po wniknięciu do cumulus oophorus. Wiązanie plemników następuje poprzez specyficzne receptory do glikoprotein ZP zlokalizowanych nad przednią głową plemnika . Glikozylacja glikoprotein ZP jest ważnym aspektem interakcji plemników z ZP., Uważa się, że ludzka glikoproteina ZP-3 (ZP3) odgrywa centralną rolę w inicjowaniu AR ; jednak ostatnio wykazano, że ludzkie ZP1 i ZP4 są również zaangażowane w ten proces . AR jest bodźcem wydzielanie sprzężone exocytotic zdarzenia, w którym akrosom łączy się z pokrywającą błoną osocza . Wielokrotne Fuzje między zewnętrzną błoną akrosomalną i błoną osocza powodują uwalnianie enzymów hydrolitycznych (głównie akrozyny) i ekspozycję nowych domen błonowych, z których oba są niezbędne, jeśli zapłodnienie ma kontynuować., Enzymy hydrolityczne uwalniane z akrosomu trawią ZP, umożliwiając plemnikom penetrację oocytu . AR wydaje się być fizjologicznie indukowane przez naturalne stymulanty, takie jak płyn pęcherzykowy (FF), progesteron, progesteron i hydroksyprogesteron . Płyn pęcherzykowy i komórki cumulus zawierają związany z białkami progesteron, który został zidentyfikowany jako jeden z najważniejszych czynników indukujących reakcję akrosomu . Płyn pęcherzykowy stymuluje AR w sposób zależny od dawki ., Opisano związek między miejscowo wytwarzanym estradiolem przez ejakulowane plemniki, AR i pojemność plemników . Ponadto dowody wskazują, że estrogeny środowiskowe mogą znacznie stymulować pojemność plemników ssaków i AR . Stąd AR jest prawdopodobnie inicjowany, gdy ligandy produkowane przez oocyte wiążą się z receptorami plemników. Sygnał ten jest przekazywany wewnątrzkomórkowo przez wtórne przekaźniki, co ostatecznie prowadzi do egzocytozy ., W plemnikach ludzkich zidentyfikowano szereg dróg przekaźnikowych, w tym te, które powodują aktywację cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP), cyklicznego monofosforanu guanozyny (cGMP) i kinaz białkowych zależnych od fosfolipidów . Kinazy te nazywane są odpowiednio kinazą białkową A, kinazą białkową G i kinazą białkową C. możliwe jest, że drogi te oddziałują ze sobą w celu zapewnienia optymalnej odpowiedzi we właściwym miejscu i czasie podczas procesu zapłodnienia., Chociaż stężenie cGMP w ejakulowanym nasieniu ludzkim jest prawie siedem razy niższe niż cAMP, spekuluje się, że oba nukleotydy mają podobną rolę w AR, ponieważ ich zależne kinazy białkowe są blisko spokrewnione . AR może być również wywołany przez sztuczne stymulanty, które powodują i zwiększają wewnątrzkomórkowy wapń plemników .
integralność Akrosomu jest kluczowa dla zapłodnienia. Wysoki odsetek plemników z nienaruszonymi akrosomami jest widoczny w wytryskach normalnych mężczyzn. U takich osób, jednak ∼5-20% plemników może wykazywać spontaniczne ARs, które nie mają znaczenia klinicznego ., Odwrotnie, kilka nienormalnych warunków wpływających na akrosom plemników może prowadzić do zmniejszonej zdolności zapłodnienia. Acrosomeless round-headed spermatozoa (globozoospermic spermatozoa) nie są w stanie zapłodnić oocyty, i zwiększony odsetek morfologicznie nieprawidłowych akrosomów były związane z niepowodzeniem zapłodnienia w technologii wspomaganego rozrodu (ART) przy użyciu konwencjonalnego zapłodnienia in vitro (IVF) . Ponieważ AR jest zjawiskiem zależnym od czasu, nie może nastąpić przedwcześnie lub za późno ., Zarówno przedwczesne AR, jak i niezdolność plemników do uwolnienia zawartości akrosomalnej w odpowiedzi na odpowiednie bodźce (znane jako niewydolność AR) były związane z niewyjaśnioną niepłodnością męską . Chociaż przyczyna przedwczesnego AR nie jest znana, przedwczesne (niezależne od bodźców) inicjowanie egzocytozy akrosomalnej wydaje się być związane z zaburzeniem stabilności błon osocza. W tej sytuacji AR nie może wiązać się z przedwczesną aktywacją procesu za pośrednictwem receptora, ale raczej odzwierciedla nieodłączną kruchość błony plemnikowej, prowadząc do niezależnej od receptora utraty akrosomalnej ., Przeciwciała Antisperm (ASA) mogą niekorzystnie wpływać na zdolność plemników do poddania się kondensacji i AR . Chang et al. odnotowano zmniejszenie tempa zapłodnienia przez IgG bezpośrednio związane z plemnikami lub IgM obecne w surowicy kobiet. Połączenie IgG i IgA może mieć synergistyczny negatywny wpływ na zapłodnienie . Toksyczne substancje dla plemników mogą również wpływać na AR. Wykazano, że wysokie stężenia dietetycznych fitochemikaliów, takich jak genisteina, izoflawon i β-lapachon, tłumią AR w sposób zależny od dawki i czasu w modelu szczura ., Hamowanie AR przez genisteinę wydaje się obejmować szlak kinazy białkowej C, podczas gdy β-lapachon ma bezpośredni cytotoksyczny wpływ na błonę komórkową plemników. Sugeruje się, że genisteina i β-lapachon mogą mieć wpływ na płodność mężczyzn poprzez supresję AR w dużych dawkach i indukcję AR w małych dawkach . Blokery kanału wapniowego mogą również wpływać na egzocytozę AR., Inkubacja plemników z blokerami wapnia, takimi jak trifluoperazyna( inhibitor kalmoduliny), werapamil (inhibitor kanału Ca2+) i nifedypina (zależny od napięcia inhibitor kanału Ca2+) znacząco zmniejszała zdolność plemników chomików do poddawania się AR .
ostatnie publikacje na temat AR skupiają się na biochemicznych i funkcjonalnych aspektach fuzji plemników z oocytami. Wykazano, że u ludzi ZP1 oprócz ZP3 i ZP4 wiąże się z plemnikami pojemnikowymi i indukuje egzocytozę akrosomalną ., Wywołane ZP3 AR obejmuje aktywację kanałów wapniowych (vocc) typu T, podczas gdy ZP1 – i ZP4 obejmują Vocc typu T i L. Chiu i in. stwierdzono, że glikodelin-A, glikoproteina obecna w żeńskich drogach rozrodczych, uwrażliwia plemniki na indukowany przez ZP AR w specyficznym dla glikozylacji mechanizmie obejmującym aktywację szlaku adenylylowego cyklazy/PKA, tłumienie zewnątrzkomórkowej aktywacji kinazy regulowanej sygnałem i zwiększenie napływu wapnia indukowanego przez ZP., Wyniki te sugerują, że glycodelin-A może być ważne, in vivo, w celu zapewnienia pełnej reakcji plemników ludzkich na ZP.