Сүліктердің жетілуінің маңызды кезеңі: Капацитация
Capacitation
Сперматозоидтардың жетілуінің маңызды кезеңі – қабілеттендіру. Осы биохимиялық процеске ұрықтану үшін сперматозоидтардың дайындығы кіреді. IVF үшін жасанды ортада жүзеге асырылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Сүтқоректілер сперматозоидтарының жетілу сатысы – көбеюге қатысты биологиялық процесс.
Step in mammalian sperm maturation
a biological process related to reproduction
Капацитация – сүтқоректілер сперматозоидтарының жетілудегі соңғы сатыға дейінгі кезең және оларды жұмыртқа жасушасын ұрықтандыруға қабілетті ету үшін қажет. Бұл саты биохимиялық оқиға; сперматозоидтар капацитацияға дейін қалыпты қозғалады және жетілгендей көрінеді. In vivo жағдайында капацитация эякуляциядан кейін, сперматозоидтар қыннан шығып, әйелдің жоғарғы репродуктивтік жолына енгенде жүзеге асады. Жатыр стерол байланыстыратын альбумин, липопротеиндер және гепарин сияқты протеолитикалық және гликозидалық ферменттерді бөліп, капацитация сатысына көмектеседі. In vitro ұрықтандыру мақсатында капацитация эякуляцияға ұшыраған немесе эпидидимистен алынған сперматозоидтарды бірнеше сағат бойы белгілі бір ортада инкубациялау арқылы жүзеге асырылады. Капацитация сатысын орындау үшін әртүрлі техникалар бар: қарапайым шаю, миграция (қозғалыс), тығыздық градиенттері және сүзгі. Мақсаты – мүмкіндігінше көп қозғалмалы сперматозоидтарды бөліп алып, қозғалмайтын немесе өлген сперматозоидтарды жою. In vivo немесе in vitro капацитациядан кейін сперматозоид акросомалық реакцияға байланысты соңғы жетілу сатысы – активациядан өтуі керек. Сүтқоректілерге жатпайтын сперматозоидтарға бұл капацитация сатысы қажет емес және еркектен босатылғаннан кейін бірден жұмыртқа жасушасын ұрықтандыруға дайын.
Capacitation is the penultimate step in the maturation of mammalian spermatozoa and is required to render them competent to fertilize an oocyte. This step is a biochemical event; the sperm move normally and look mature prior to capacitation. In vivo, capacitation occurs after ejaculation, when the spermatozoa leave the vagina and enter the upper female reproductive tract. The uterus aids in the steps of capacitation by secreting sterol binding albumin, lipoproteins, and proteolytic and glycosidasic enzymes such as heparin. For purposes of in vitro fertilization, capacitation occurs by incubating spermatozoa that have either undergone ejaculation or have been extracted from the epididymis and incubated in a defined medium for several hours. There are different techniques to perform the capacitation step: simple washing, migration (swim up), density gradients, and filter. The objective is to isolate as many motile spermatozoa as possible and to eliminate non motile or dead spermatozoa. After either in vivo or in vitro capacitation the sperm must undergo the final maturation step, activation, involving the acrosome reaction. Non mammalian spermatozoa do not require this capacitation step and are ready to fertilize an oocyte immediately after release from the male.
Функциясы мен механизмі
Капацитация екі әсер етеді: акросомалық сперматозоид басының мембранасын тұрақсыздандыру, бұл оған жұмыртқаның сыртқы қабатына енуге мүмкіндік береді, және сперматозоидтың қозғалғыштығын арттыратын құйрықтағы химиялық өзгерістер. Бұл өзгерістер стеролдардың (мысалы, холестерин) және ковалентті байланыссыз эпидидимальды/семенді гликопротеиндердің алынуы арқылы жеңілдетіледі. Нәтижесінде Ca2+ ионына өткізгіштігі жоғары, сұйық мембрана пайда болады. Ca2+ иондарының кіруі клеткаішілік cAMP деңгейін арттырады, демек, қозғалғыштық артады. Гиперактивация капацитацияның басталуымен бірдей болады және Ca2+ деңгейінің артуының нәтижесінде пайда болады. Ол сперматозоидтағы аденилциклаза активтілігін арттыратын аденозинмен синергиялық стимуляциялық әсерге ие. Үшпептидтік ұрықтандыруға көмектесетін пептид (FPP) капацитацияны бақылау үшін маңызды. FPP простата безінде семенді сұйықтықтың құрамы ретінде өндіріледі. Эякуляция кезінде сперматозоидтар мен семенді сұйықтық араласып, FPP сперматозоидтармен жанасады. Активті FPP-нің жоғары деңгейі капацитацияны тоқтатады. Эякуляциядан кейін әйелдің репродуктивті жолында FPP концентрациясы төмендейді.
Capacitation has two effects: destabilisation of the acrosomal sperm head membrane which allows it to penetrate the outer layer of the egg, and chemical changes in the tail that allow a greater mobility in the sperm. The changes are facilitated by the removal of sterols (e. g. cholesterol) and non covalently bound epididymal/seminal glycoproteins. The result is a more fluid membrane with an increased permeability to Ca2+ ion. An influx of Ca2+ produces increased intracellular cAMP levels and thus, an increase in motility. Hyperactivation coincides with the onset of capacitation and is the result of the increased Ca2+ levels. It has a synergistic stimulatory effect with adenosine that increases adenylyl cyclase activity in the sperm. The tripeptide fertilization promoting peptide (FPP) is essential for controlling capacitation. FPP is produced in the prostate gland as a component of the seminal fluid. FPP comes into contact with the spermatozoa during ejaculation, as the sperm and seminal fluid mix. High levels of active FPP prevent capacitation. After ejaculation, the concentration of FPP drops in the female reproductive tract.
Индукция
Көмекші репродуктивті технологиялар, яғни артөмірлік ұрықтандыру (АВФ) немесе жатыр ішіндегі ұрықтандыру (ІІУ) сияқты технологиялар сперматозоидтардың қалыпты биологиялық параметрлерден тыс сыйымдылығын күшейтуді қажет етеді, сондықтан сүтқоректілердің сперматозоидтарында осы процесті күшейту үшін көптеген әдістер әзірленді. Сперматозоидтар эякуляция арқылы немесе құйрық эпидидимисінен алынып, бөлме температурасында сұйытылады. Содан кейін сыйымдылықты ұрықтандыру жүзеге асырылатын фаллопий түтікшелерінің электролиттік құрамын имитациялайтын орта қосылып, күшейтіледі. Бұл орталар түрлерге қарай өзгеше, бірақ тұзды негізде жасалған және лактат, пируват және мүмкін глюкоза сияқты энергия субстраттарын қамтиды. Сперматозоидтар мембранасынан холестериннің алынуын жеңілдету үшін холестерин қабылдағышы қажет, ол әрдайым альбумин болып табылады. Ірі қара малдың сарысу альбумині әдетте жануарларға жасалатын in vitro зерттеулерде қолданылады, ал адам сарысу альбумині (HSA) адам сперматозоидтарының сыйымдылығын күшейту үшін қолданылады. Бикарбонат – сыйымдылықты күшейту ортасының маңызды құрамы, себебі ол цитозолға бірге тасымалданады, онда ол ерігіш аденилциклазаны (sAC) белсендіреді, сондай-ақ культурадағы pH деңгейінің төмендеуіне жол бермейтін pH буфері ретінде әрекет етеді. Бұл 5% CO2 концентрациясында жасушаларды инкубациялау кезінде қажетті қосымша, бірақ міндетті емес. Кальций иондарының ағынын жеңілдету үшін кальций хлориді қосылады. Жануарлар моделінде Тироде альбумин лактат пируват (TALP) ортасы негіз ретінде қолданылады, ол осы компоненттердің барлығын қамтиды. Адамдарда адам түтікше сұйықтығы (HTF) қолданылады. Бұл орталар гиперактивті сперматозоидтардың қозғалғыштығын және/немесе акросомалық реакцияны күшейту үшін басқа химиялық заттармен толықтырылуы мүмкін. Жануарлардың in vitro ұрықтандыруы үшін кофеин 5 мМ концентрациясында сперматозоидтардың сыйымдылығын in vitro жағдайында күшейтуге ықпал етеді. Кальций ионофорлары да сыйымдылықты күшейту үшін өте тиімді. Катехоламиндер, мысалы, норэпинефриннің төмен концентрациясы акросомалық реакцияны күшейтуге көмектеседі.
Because assisted reproductive technologies, or ARTs, such as in vitro fertilization (IVF) or intrauterine insemination (IUI) require the induction of sperm cell capacitation outside of normal biological parameters, numerous methods have been developed to induce this process in mammalian sperm cells. Sperm cells are harvested through ejaculation or harvested from the caudal epididymis and allowed to liquefy at room temperature. Capacitation can then be induced by adding media designed to mimic the electrolytic composition of the fallopian tubes, where fertilization occurs. These media vary between species, but are saline based and contain energy substrates such as lactate, pyruvate, and possibly glucose. A cholesterol acceptor is required to facilitate the removal of cholesterol from the sperm cell membrane, which is always albumin. Bovine serum albumin is typically used for in vitro animal studies, and human serum albumin (HSA) is used in human sperm capacitation induction. Bicarbonate is a vital component of capacitation inducing media, as it is co transported into the cytosol where it activates soluble adenylyl cyclase (sAC) as well as acts as a pH buffer necessary to prevent decreasing the pH in the culture, a necessary addition when incubating cells at 5% CO2 as is generally used although not required. Calcium chloride is added to facilitated the influx via of calcium cations. In animal models, Tyrode's albumin lactate pyruvate (TALP) medium is typically used as a base, which contains each of these components. In humans, human tubal fluid (HTF) is used. These media can be supplemented with other chemicals to induce hyperactivated sperm motility and/or the acrosome reaction. For animal in vitro fertilization, caffeine at 5 mM concentration is a strong inducer of sperm capacitation in vitro. Calcium ionophores are also ideal to induce capacitation. Catecholamines such as norepinephrine at low concentrations have been shown to assist in acrosome reaction induction.
Өлшем
Сперматозоидтардың in vitro жағдайында капацитациялану дәрежесін бағалау үшін көптеген әдістер әзірленді. Компьютерлік көмекпен сперматозоидтарды талдау (CASA) 1980 жылдары сперматозоидтардың кинематикасын өлшеу мақсатымен жасалды. CASA фазалық контраст микроскопиясын және сперматозоидтарды қадағалау бағдарламасын біріктіре отырып, сперматозоидтардың қозғалыс параметрлерін талдауға қолданылады. Қозғалысты өлшеу гиперактивті қозғалысты анықтау үшін маңызды болғанымен, акросомалық реакцияның болуын анықтау үшін қосымша әдістер әзірленді. Бір қарапайым әдіс Coomassie brilliant blue G250 көмегімен жасушаларды бояуды қамтиды, бұл толық немесе реакцияға түскен акросомалардың көрінетін айғақтарын ұсынады. Күрделірек техникалар флуоресценттік немесе электрондық микроскопия әдістерін қолданады. Флуоресцеинмен байланыстырылған Жержегуіл агглютинині (FITC PNA) немесе Бұршақ агглютинині (FITC PSA) сперматозоидтардың акросомасын флуоресценттік түрде белгілеу үшін қолданылуы мүмкін, содан кейін акросоманың күйін флуоресценттік микроскоп арқылы бағалауға болады.
Numerous methods have been developed to assess the degree to which sperm cells are undergoing capacitation in vitro. Computer aided sperm analysis (CASA) was developed in the 1980s for measuring sperm kinematics. CASA uses phase contrast microscopy combined with sperm tracking software to analyze sperm motility parameters. While motility measurements are critical for identifying the presence of hyperactive motility, additional methods have been developed to identify the occurrence of the acrosome reaction. A simple method uses Coomassie brilliant blue G250 to stain cells, providing visual evidence of intact or reacted acrosomes. More advanced techniques employ fluorescent or electron microscopy methods. Fluorescein conjugated Peanut agglutinin (FITC PNA) or Pisum sativum agglutinin (FITC PSA) can be used to fluorescently tag the acrosome of sperm cells, which can be then used to assess the status of the acrosome using a fluorescent microscope.
Ашылу
Бұл процестің ашылуы 1951 жылы Мин Чу Чанг және Колин Рассел Остин екеуі де тәуелсіз түрде хабарлады.
The discovery of this process was independently reported in 1951 by both Min Chueh Chang and Colin Russell Austin.