Емкость - Capacitation

Эта статья о биологическом процессе, связанном с воспроизводством. О концептуальном подходе к разработке см. Наращивание потенциала.

Емкость предпоследний[1] шаг в созревании млекопитающее сперматозоиды и требуется сделать их компетентными удобрять ан ооцит.[2] Этот шаг - биохимическое событие; сперматозоиды движутся нормально и выглядят зрелыми до капситации.В естественных условиях, емкость происходит после эякуляция, когда сперматозоиды выходят из влагалища и попадают в верхнюю женский репродуктивный тракт. В матка помогает на этапах образования конденсата, секретируя связывание стерола альбумин, липопротеины, и протеолитический и гликозидный ферменты например гепарин.

Для целей in vitro оплодотворение, капцитация происходит путем инкубации сперматозоидов, которые либо подверглись эякуляции, либо были извлечены из придаток яичка и инкубируют в определенной среде в течение нескольких часов. Существуют различные методы выполнения этапа емкостного преобразования: простая промывка, миграция (всплытие), градиенты плотности и фильтрация. Цель состоит в том, чтобы изолировать как можно больше подвижных сперматозоидов и устранить неподвижные или мертвые сперматозоиды. После любого in vivo или же in vitro капитация сперма должна пройти заключительную стадию созревания, активацию, включающую акросомная реакция.

Сперматозоиды, не принадлежащие к млекопитающим, не нуждаются в этой стадии капситации и готовы к оплодотворению ооцита сразу после выхода из самца.

Функция и механизм

Емкость имеет два эффекта: дестабилизация акросомальной мембраны головки сперматозоида, которая позволяет ей проникать во внешний слой яйцеклетки, и химические изменения в хвосте, которые обеспечивают большую подвижность сперматозоидов.[3] Изменениям способствует удаление стеролы (например. холестерин ) и нековалентно связанные эпидидимальные / семенные гликопротеины. В результате получается более жидкая мембрана с повышенной проницаемостью для Ca2+.

Приток Са2+ производит повышенный внутриклеточный лагерь уровни и, таким образом, увеличение моторики. Гиперактивация совпадает с началом емкости и является результатом увеличения Ca2+ уровни. Обладает синергическим стимулирующим эффектом с аденозином, который увеличивает аденилилциклаза активность в сперме.[нужна цитата ]

Трипептид пептид, способствующий оплодотворению (FPP) важен для управления емкостью. ГЛП производится в простата как компонент семенной жидкости. FPP вступает в контакт со сперматозоидами во время эякуляции, так как сперма и семенная жидкость смешиваются. Высокий уровень активного FPP предотвращает образование конденсата. После эякуляции концентрация ГЛП в женских половых путях падает.[нужна цитата ]

Индукция

Потому что вспомогательные репродуктивные технологии, или АРТ, например in vitro оплодотворение (ЭКО) или внутриматочная инсеминация (IUI) требуют индукции емкости сперматозоидов за пределами нормальных биологических параметров, были разработаны многочисленные методы для индукции этого процесса в сперматозоидах млекопитающих. Сперматозоиды собирают путем эякуляции или собирают из каудального отдела. придаток яичка и позволили разжижиться при комнатной температуре. Затем можно вызвать емкость, добавив среду, имитирующую электролитический состав фаллопиевы трубы, где происходит оплодотворение. Эти среды различаются у разных видов, но основаны на физиологическом растворе и содержат энергетические субстраты, такие как лактат, пируват и, возможно, глюкоза. Акцептор холестерина необходим для облегчения удаления холестерина с мембраны сперматозоидов, которым всегда является альбумин. Бычий сывороточный альбумин обычно используется для in vitro исследования на животных и человеческий сывороточный альбумин (HSA) используется при индукции емкости сперматозоидов человека.

Бикарбонат является жизненно важным компонентом среды, вызывающей емкость, так как она транспортируется в цитозоль где он активирует растворимые аденилилциклаза (sAC), а также действует как буфер pH, необходимый для предотвращения снижения pH в культуре, необходимая добавка при инкубации клеток при 5% CO.2 как обычно используется, хотя и не требуется. Хлорид кальция добавляется для облегчения притока катионов кальция.[4][5] В моделях на животных в качестве основы обычно используется среда Тироде с лактат-пируватом альбумина (TALP), которая содержит каждый из этих компонентов. У людей используется трубная жидкость человека (HTF).

Эти среды могут быть дополнены другими химическими веществами, чтобы вызвать гиперактивированную подвижность сперматозоидов и / или акросомную реакцию. Для экстракорпорального оплодотворения животных, кофеин при концентрации 5 мМ является сильным индуктором емкости сперматозоидов in vitro.[6][7] Кальций ионофоры также идеально подходят для наведения конденсата.[7] Добавление гепарина в среду, индуцирующую капитацию, имитирует секрецию гепариноподобных гикозаминогликаны (ГАГ) рядом с ооцитом и инициирует акросомную реакцию. Этот эффект усиливается при добавлении лизофосфатидилхолин (LC) в сочетании с гепарином.[8] Катехоламины Такие как норэпинефрин в низких концентрациях способствует индукции акросомной реакции.[9]

Измерение

Было разработано множество методов для оценки степени, в которой сперматозоиды подвергаются капситации in vitro. Компьютерный анализ спермы (CASA) был разработан в 1980-х годах для измерения кинематики сперматозоидов.[10] CASA использует фазово-контрастная микроскопия в сочетании с программным обеспечением для отслеживания сперматозоидов для анализа параметров подвижности сперматозоидов.[10] Было показано, что некоторые параметры, такие как криволинейная скорость (VCL), прямолинейная скорость (VSL), средняя траектория (VAP) и амплитуда бокового смещения головки (ALH), положительно коррелируют с приобретением способности к оплодотворению, и поэтому используются для выявления гиперактивной подвижности сперматозоидов.[11]

Хотя измерения подвижности имеют решающее значение для определения наличия гиперактивной подвижности, были разработаны дополнительные методы для определения возникновения акросомной реакции. В простом методе для окрашивания клеток используется кумасси бриллиантовый синий G250, обеспечивающий визуальное свидетельство наличия неповрежденных или прореагировавших акросом.[12] Более продвинутые методы используют флуоресцентные или электронная микроскопия методы. Флуоресцеин -сопряженный Арахисовый агглютинин (FITC-PNA) или Pisum sativum агглютинин (FITC-PSA) можно использовать для флуоресцентной маркировки акросомы сперматозоидов, которая затем может использоваться для оценки состояния акросомы с помощью флуоресцентный микроскоп.[13][14][15]

Открытие

Об открытии этого процесса независимо друг от друга сообщили в 1951 г. Мин Чуэ Чанг[16] и Колин Рассел Остин.[17][18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джонсон MH (2007). Существенное воспроизведение (6-е изд.). Молден Массачусетс: Научные публикации Блэквелла. С. 177–178. ISBN  978-1-4051-1866-8.
  2. ^ Лосано Дж. М., Бехарано И., Эспино Дж., Гонсалес Д., Ортис А., Гарсия Дж. Ф., Родригес А. Б., Париенте Дж. А. (2009). «Капситация с градиентом плотности - наиболее подходящий метод для улучшения оплодотворения и снижения фрагментации ДНК сперматозоидов бесплодных мужчин». Анатолийский журнал акушерства и гинекологии. 3 (1): 1–7.
  3. ^ Окабе М (2013). «Клеточная биология оплодотворения млекопитающих». Разработка. 140 (22): 4471–4479. Дои:10.1242 / dev.090613. PMID  24194470. S2CID  2015865.
  4. ^ Висконти П.Е., Галантино-Гомер Х., Мур Г.Д., Бейли Дж.Л., Нинг Х, Форнес М., Копф Г.С. (1998). «Молекулярные основы емкости сперматозоидов». Журнал Андрологии. 19 (2): 242–248. Дои:10.1002 / j.1939-4640.1998.tb01994.x (неактивно 09.09.2020). PMID  9570749.CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2020 г. (связь)
  5. ^ Пуга Молина LC, Луке GM, Балестрини П.А., Марин-Бриггилер С.И., Ромаровски А., Буффон М.Г. (2018). «Молекулярные основы емкости человеческой спермы». Границы клеточной биологии и биологии развития. 6: 72. Дои:10.3389 / fcell.2018.00072. ЧВК  6078053. PMID  30105226.
  6. ^ Набави Н., Тодехдехган Ф., Ширави А. (сентябрь 2013 г.). «Влияние кофеина на подвижность и жизнеспособность сперматозоидов и экстракорпоральное оплодотворение беспородных мышей в средах T6 и M16». Иранский журнал репродуктивной медицины. 11 (9): 741–746. ЧВК  3941327. PMID  24639814.
  7. ^ а б Баракат И.А., Данфур М.А., Галеван Ф.А., Дхил М.А. (2015). «Влияние различных концентраций кофеина, пентоксифиллина и калликреина на гиперактивацию замороженной бычьей спермы». BioMed Research International. 2015: 948575. Дои:10.1155/2015/948575. ЧВК  4407405. PMID  25950005.
  8. ^ Пэрриш JJ, Susko-Parrish J, Winer MA, First NL (1988). «Емкость бычьей спермы гепарином». Биология размножения. 38 (5): 1171–1180. Дои:10.1095 / биолрепрод38.5.1171. PMID  3408784.
  9. ^ Уэй А.Л., Киллиан Дж. Дж. (2002). «Емкость и индукция акросомной реакции в сперматозоидах быка с норэпинефрином». Журнал Андрологии. 23 (3): 352–357. PMID  12002437.
  10. ^ а б Мортимер Д., Мортимер СТ (2013). «Компьютерный анализ спермы (CASA) подвижности и гиперактивации сперматозоидов». Сперматогенез. Методы молекулярной биологии. 927. С. 77–87. Дои:10.1007/978-1-62703-038-0_8. ISBN  978-1-62703-037-3. PMID  22992905.
  11. ^ Verstegen J, Iguer-Ouada M, Onclin K (2002). «Компьютерные анализаторы спермы в андрологических исследованиях и ветеринарии». Териогенология. 57 (1): 149–179. Дои:10.1016 / S0093-691X (01) 00664-1. PMID  11775967.
  12. ^ Лу Х.Й., Лу Дж. К., Ху Я., Ван Ю. М., Хуанг Ю. Ф. (2002). «[Обнаружение морфологии человеческого сперматозоида и акросомной реакции с окрашиванием кумасси бриллиантовым синим]». Чжунхуа Нан ​​Кэ Сюэ = Национальный журнал андрологии. 8 (3): 204–206. PMID  12478845.
  13. ^ Ченг Ф.П., Фазели А., Вурхаут В.Ф., Маркс А., Беверс М.М., Коленбрандер Б. (1996). «Использование агглютинина арахиса для оценки акросомного статуса и индуцированной zona pellucida акросомной реакции в сперматозоидах жеребцов». Журнал Андрологии. 17 (6): 674–682. PMID  9016398.
  14. ^ Lybaert P, Danguy A, Leleux F, Meuris S, Lebrun P (2009). «Усовершенствованная методология обнаружения и количественной оценки акросомной реакции в сперматозоидах мышей». Гистология и гистопатология. 24 (8): 999–1007. Дои:10.14670 / HH-24.999. PMID  19554507.
  15. ^ Одзаки Т., Такахаши К., Канасаки Х., Миядзаки К. (2002). «Оценка акросомной реакции и жизнеспособности человеческой спермы с двумя флуоресцентными красителями». Архив гинекологии и акушерства. 266 (2): 114–117. Дои:10.1007 / s004040000112. PMID  12049293. S2CID  19898325.
  16. ^ Чанг MC (1951). «Оплодотворяющая способность сперматозоидов, депонированных в фаллопиевых трубах». Природа. 168 (4277): 697–698. Bibcode:1951 г., природа 168..697C. Дои:10.1038 / 168697b0. PMID  14882325. S2CID  4180774.
  17. ^ Остин CR (1951). «Наблюдения за проникновением сперматозоидов в яйцеклетку млекопитающих». Австралийский журнал научных исследований. Сер. B: Биологические науки. 4 (4): 581–596. Дои:10.1071 / BI9510581. PMID  14895481.
  18. ^ "Некролог: Колин Остин" (PDF). Информационный бюллетень Австралийской академии наук. 60: 11. 2004. Архивировано с оригинал (PDF) на 2008-07-19. Получено 2008-07-16.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка