Капацитация сперматозоидов. Гиперактивация и акросомальная реакция

Сразу же после проникновения в женские половые пути сперматозоиды не способны к оплодотворению яйцеклетки, несмотря на их активную подвижность. Совокупность физиологических изменений, претерпеваемых сперматозоидами в процессе их движения по женскому репродуктивному тракту, называют капацитацией.

Капацитация, впервые описанная в 1951 г. независимо друг от друга Ченгом (США) и Остином (Австралия), оказалась необходимым условием для оплодотворения. Считают, что инициация и завершение капацитации происходят в шейке матки. На молекулярном уровне начало капацитации знаменуется удалением холестерина с плазматической мембраны сперматозоидов, повышением текучести мембраны, вхождением ионов и изменением мембранного потенциала сперматозоидов, гиперполяризацией мембраны, интенсификацией тирозинового фосфорилирования, изменениями в системе «аденилатциклаза — цАМФ», ядре и акросоме.

У человека капацитация может быть смоделирована in vitro в специальной культуральной среде, состав которой имитирует электролитные пропорции жидкости маточных труб. Большинство капацитационных сред содержит энергетические субстраты (такие, как пируват, лактат и глюкоза), рецептор холестерина (например, сывороточный альбумин), NaHCO3, кальций, калий и изотонический раствор натрия хлорида.

Гиперактивация и акросомальная реакция сперматозоидов

Капацитация как процесс, происходящий на молекулярном уровне, протекает как в головке (акросомальная реакция), так и в хвосте сперматозоида (изменение характера двигательной активности, именуемое гиперактивацией). Гиперактивация происходит до акросомальной реакции. Энергичный характер движений, приобретаемый при гиперактивации, — результат физиологических изменений, происходящих в сперматозоиде. По сравнению со сперматозоидами, содержащимися в семенной жидкости, скорость, интенсивность и амплитуда жгутиковых биений, а также средняя ширина биений (латеральное биение головки) выше в капацитированной сперме.

Такой характер движений позволяет сперматозоидам перемещаться в вязком секрете маточных труб и преодолевать сопротивление трех преград на его пути (яйценосного холмика, лучистого венца и БО), окружающих яйцеклетку. Гиперактивация служит прогностическим фактором для ЭКО: ее низкий уровень предполагает мужское бесплодие и слабое связывание с белочной оболочкой (БО).

Завершающий этап капацитации — акросомальная реакция, запускающаяся при вхождении сперматозоида в близкий контакт с ооцитом в ампуле фаллопиевой трубы. Акросомальная реакция — явление экзоцитотическое, позволяющее сперматозоиду проникнуть через БО и слиться с плазматической мембраной ооцита. Есть сообщения о множестве искусственных стимулов, запускающих акросомальную реакцию либо за счет вхождения внеклеточного кальция в сперматозоид (Са2+-ионофоры), либо за счет действия через вторичные мессенджеры, участвующие в каскаде реакций, ведущих к акросомальному экзоцитозу.

Передняя поверхность сперматозоидов покрыта акросомой, содержащей несколько гидролитических ферментов, в том числе протеазы, фосфатазы, арилсульфатазы и фосфолипазы. Наиболее изучены из этих ферментов гиалуронидаза и акрозин. Оболочки, окружающие ядро сперматозоида, представлены ядерной мембраной, внутренней акросомальной мембраной, наружной акросомальной мембраной и плазматической мембраной. В процессе акросомальной реакции происходит слияние плазматической и наружной акросомальной мембран, что способствует высвобождению содержимого акросомы, необходимому для процессов, предшествующих оплодотворению.

Акросомальная реакция может способствовать распознаванию, адгезии и слиянию с ооцитом, по крайней мере, по трем механизмам:
• экстернализация лигандных белков (например, CD46 на внутренней акросомальной мембране);
• миграция белка через жидкостную мембрану для достижения мест связывания (например, РН-20);
• конформационные изменения исходных мембранных белков.

Понимание процессов капацитации от момента появления спермы в женских репродуктивных путях до проникновения сперматозоида в ооцит предполагает клиническое применение полученных знаний в различных областях репродуктивной медицины. Тот факт, что после капацитации продолжительность фертильного периода сперматозоидов, находящихся в маточной трубе, укорачивается, представляет интерес с точки зрения усиления фертильности.

Капацитация спермы in vitro с помощью удаления семенной плазмы и инкубации отмытой спермы в культуральной среде с оптимальной температурой в СО2-инкубаторе обеспечивает строгий контроль момента оплодотворения, этот метод применяют при лечении некоторых видов бесплодия. Существует несколько методов определения состояния акросомы сперматозоидов человека:
• методы, использующие трансмиссионную электронную микроскопию, которая позволяет изучить акросому на ультраструктурном уровне;
• методы, использующие световую микроскопию, с окрашиванием спермы специфическими флюоресцирующими лектинами растительного происхождения или различными красителями;
• методы, использующие флюоресцент-активируемые сортеры клеток и флюоресцеиновые моноклональные антитела или лектины.

Источник: http://meduniver.com