Andrologie
Soňa Kloudová
sona.kloudova@med.muni.cz
14.3.2023
The cell biology of mammalian fertilization | Development | The Company of Biologists
Kapacitace
• Po maturaci v nadvarleti spermie stále zůstávají ve stavu, kdy nejsou schopny
fertilizace
• V mužském těle zůstávají membrány spermií v klidovém stavu
• Odehrává se depozici spermií do ženského pohlavního traktu (nebo po jejich
resuspendaci ve fertilizačním médiu)
• Různé fyziologické změny na hlavičce, střední části a bičíku
• Aktivace adenylát cyklázy, fosforylace tyrosinových zbytků proteinů spermií,
aktivace PAK a PKC, odnětí cholesterolu z membrán- reorganizace lipidů v
plasmatické membráně a zvýšení intracelulárního Ca2+, změna membránového
potenciálu
• Kapacitované spermie vykazují aktivní pohyb- hyperaktivace, která zahrnuje
aktivaci proteinů CatSper
• Heterogenita spermií v suspenzi (kapacituje pouze určitá populace spermií →
různá stádia kapacitace, degradace)
• Glukóza - zdroj energie pro kapacitace
- umožňuje spermií fertilizovat oocyt
• Glykolýza -ATP
• Zásadní role v kapacitaci: cholesterol, hydrogenuhličitan, Ca2+ aj.
• Přesná molekulární podstata zatím neobjasněna
• Jakmile spermie zkapacitují → hyperaktivovaný pohyb (tlačná síla)-asymetrické
kmitání bičíku, zvýšení intracelulárního Ca2+ - kontrolováno CatSper
– aktivace progesteronem
• Catsper kanál - Ca2+-permeabilní, pH-dependentí, nízkonapěťový kanál, esenciální
pro hyperaktivaci, chemotaxi, kapacitaci a akrozomální reakci – aktivace zvýšením
intracelulárního pH
• Hydrogenuhličitanový anion –jeho transport přes membránu spermií je
elektrogenní, Na+ dependentní, zvyšuje pH, ovlivňuje cAMP metabolismusstimulace
adenylát cykláz→ zvýšení koncentrace cAMP → aktivace PAK →
fosforylace různých proteinů
Změny na membráně – rychlé (asociace s HCO3
−/cAMP, PKA) a pomalé (eflux
cholesterolu)
Časné změny: kolaps v a symetrii fosfolipidů (indukované hydrogenuhličitanovými
ionty) - externalizace fosfatydilserinu a fosfatidilethanolaminu (skrambling,
skrambláza) – reverzibilní, mediátorem je PKA
-předpoklad pro eflux cholesterolu (v médiu jej váže například BSA) → jedním
z důsledků by mohlo být oslabení vazby povrchových proteinů a změna v ustáleném
intracelulárním iontovém prostředí
Odnětí cholesterolu z membrány je předpokladem pro zvýšenou fosforylaci proteinů
Ztráta povrchových proteinů → odlišná organizace membrány (destabilizace
membrány) → schopnost fuzovat s vnitřní akrozomální membánou, i s membránou
oocytu, odhalení receptorů pro indukci akrozomální reakce
• Změny v membránovém potenciálu→ iontové prostředí i iontové kanály samotné
ovlivňují průběh motility, kapacitace, akrozomální reakce, regulaci intracelulárních
messengerů
- nadvarle – vysoká koncentrace K+, nízká koncentrace Na+, a HCO3
−
- ženský pohlavní trakt - nízká koncentrace K+, vysoká koncentrace Na+, a HCO3
−
Hyperpolarizace – zvýšení intracelulárního negativního napětí
- regulace schopnosti produkovat intracelulární Ca2+
• Ca2+ dependentní proces
• Fosforylace proteinů – o kinázách účastnících se procesů ve spermiích a o
fosforylovaných proteinech je málo známo
- důležitá role-PKA a fosforylace tyrosinových zbytků proteinů
• Hyperaktivace – změny odehrávající se v oblasti bičíku
- zásadní role AC a PKA, Catsper kanál
- 90% ATP generováno anaerobními mechanismy
- Změna progresivní motility na lokalizovanou energickou (předpokladem je, že
typy pohybu spermie střídají v reakci na chemické stimuly → lokalizace
oocytu); regulace odlišnými metabolickými drahami
- Usnadnění spermií z rezervoáru oviduktu, průchod hledem v lumen oviduktu,
průnik přes cumulus oophorus
5 Human sperm hyperactivation. Motility patterns of (A)
non... | Download Scientific Diagram (researchgate.net)
Ferreira et al., 2021
Akrozomální reakce
• Série morfologických změn během které se z akrozomu uvolňují různé
proteiny a enzymy
• Proces splynutí vnější akrozomální membrány s plasmatickou
membránou → exocytace akrozomu
• Proces zahrnuje aktivaci PKC a proteinů SNARE (fúze membrán)
• Proces vyžaduje influx Ca2+ iontů – kanály spřažené s G proteiny
• Indikace zakončení kapacitace
• Nezbytným předpokladem akrozomální reakce je kapacitace spermií
• Pouze spermie s reagovaým akrozomem může fertilizovat oocyt
Modulace AR:
• Ca++ ionoforu A23187
• FITC-PSA (lektin pisum sativum)
spermie intaktní akrozomy,
spermie s reagujícími akrozomy
Acrosome Reaction - an overview | ScienceDirect Topics
Simons and Fauci 2017
Hypotézy jak kapacitace spouští akrozomální reakci:
- změna konformace receptoru- rozpoznávání specifickými agonisty,
jako je zona pellucida a/nebo progesteron
- párování downstream signálních molekul s receptorem (downstream
signalizace)
- ukotvení proteinů přímo souvisejících s exocytózou např. (SNARE)
- změny ve složení a architektuře lipidů plazmatické membrány→
zvýšení fuzogenní povahy plazmatické membrány;
- změny potenciálu plazmatické membrány spermií (vliv na iontové
kanály)
- kombinace všech těchto možností.
• K akrozomální reakci může dojít před setkáním se zonou pellucidou (u lidských spermií v
5-10%)
• Spouštěč: folikulární tekutina (progesteron), zona pellucida
• Receptory pro ZP: receptory spřažené s G proteinem nebo tyrosin kinázové receptory
• Změny v intracelulární koncentraci Ca2+ se projeví nejdříve v eqatoriálním segmentu →
šíří se po celé hlavě
• ZP myši: ZP1, ZP2, ZP3
• ZP člověka -4 glykoproteiny: ZP1, ZP2, ZP3, ZP4 – mutace je jednou z příčin neplodnosti
• ZP1, ZP3 a ZP4 – vazba na kapacitovanou spermii s intaktním akrozómem
• ZP2 – vazba na spermii s reagovaným akrozomem, hraje klíčovou roli
• N- glykosylace proteinů ZP- důležitá role v indukci akrozomální reakce
vejcovod: selektivní migrace spermií, přežití a získávání fertilizační schopnosti
- uterotubální spojení – výběr subpopulace spermií vstupující do vejcovodu
- přítomnost vazebných míst pro spermie na luminálních epiteliálních buňkách ve
vejcovodu - prodlužují životaschopnost spermií a hrají roli v omezení polyspermie
- kontrakce vejcovodu, které podporují migraci spermií směrem k místu oplodnění
v ampule
- oblasti vejcovodu, které hrají různé role při regulaci fyziologie spermií a interakcí s
epiteliálními buňkami vejcovodu
- čas ovulace vs.hormonální prostředí - regulace uvolňování spermií z luminálních
epiteliálních buněk a usnadnění kapacitace
Mahé et al., 2021
Fertilizace
Komplexní proces o několika krocích, kompletní asi za 24 hodin
Migrace přes kumulus
Adheze a penetrace
Fuze plasmatických membrán
Recetory: Juno, Izumo, CD 9 tetraspanin
Aktivace oocytu a rychlý blok polyspermie
Degradace bičíku a mitochondrií spermií
Tvorba pronukleí → splynutí → zygota
Hlavní SOAF – PLCζ → Ca2+ vlna –absence této vlny má za následek
selhání oplození (nevytvoří se prvojádra)
umělé oplodnění – kalcium ionofor A23187, pokusy s injekcí PLCζ
PLCζ - objevuje se u spermií během spermiogeneze ve fázi
prodlužující se spermatidy
Sperm-oocyte interplay: an overview of spermatozoon’s role in oocyte activation and current
perspectives in diagnosis and fertility treatment | Cell & Bioscience | Full Text (biomedcentral.com)
http://www.biochemsoctrans.org/content/43/3/371