Kapacitace

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Kapacitace je označení maturačních změn spermie, které probíhají v pohlavním traktu samice u savců. Po ejakulaci je spermie neschopná oplodnění, k tomu je zapotřebí, aby určitou (pro každý druh specifickou) dobu pobývala v reprodučním traktu samice, kde interaguje se složkami oviduktální tekutiny (např. sérový albumin, lipoproteinové komplexy, atd.) ^[1], ^[2]

Kapacitace je často spojená s jevem nazývaným hyperaktivace. Spermie změní charakter svého pohybu, asymetricky se zvětší vlnění bičíku (spermie se pohybuje rychleji a v kruhu), hyperaktivace může pomáhat spermii odpoutat se z oviduktálního rezervoáru a proniknout vajíčkem ^[3]

Spermie nekapacitují všechny najednou, po určité minimální době inkubace v tekutinách oviduktu (nebo v kapacitačním mediu při kapacitaci in vitro) se ustanoví populace kapacitovaných spermií (od 1-10% z počtu spermií, závislé na druhu i konkrétním jedinci), která se po určité době (než se spermie vyčerpají) udržuje ^[4]

Kapacitované spermie, které se nepotkají s vajíčkem po krátké době umírají.

Obsah 1 Kapacitační změny 1.1 Změny na povrchu spermie 1.2 Změny v cytoplazmatické membráně 1.3 Změny v cytoplazmě 2 Výsledek kapacitace 3 Kapacitace in vitro 3.1 provedení 4 citace

[editovat] Kapacitační změny

Změny spojené s kapacitací lze rozdělit do tří skupin

• na povrchu, změny v proteinovém obalu spermie
• v cytoplazmatické membráně
• v cytoplazmě

[editovat] Změny na povrchu spermie

Během kapacitace dochází ke změnám v proteinovém složení povrchu spermií. Proteiny na povrchu spermií chrání spermii při průchodu samičím traktem a umožňují jí navázat se na stěnu oviduktu (vejecovodu) za vzniku oviduktálního reservoáru spermií. Díky tomuto rezervoáru se prodlouží životnost spermií v oviduktu a tím zvýší pravděpodobnost početí. V průběhu kapacitace spermie ztrácí schopnost vázat se na stěnu oviduktu. ^[5]

[editovat] Změny v cytoplazmatické membráně

• Během kapacitace dochází k odstraňování cholesterolu z membrány, zvyšuje se fluidita (tekutost) membrány, po odstranění určitých inhibičních proteinů dochází k aktivaci některých iontových kanálů ^[6]
• Dochází k porušení asymetrie složení membrány, fosfatidylethanolamin a fosfatidylserin se dostavávají do vnější vrstvy membrány.^[7], ^[8]

Změny ve složení cytoplazmatické membrány vedou k destabilizaci membrány a tím připravují spermii na akrosomovou reakci a fúzi s vajíčkem

[editovat] Změny v cytoplazmě

• Během kapacitace dochází k signaliční kaskádě, která připravuje spermii na kontakt a fúzi s vajíčkem. Dochází ke zvýšení koncetrace cytoplazmatického Ca^{2+ [9]}, HCO₃^-. Zvýšená koncentrace HCO₃^- vede ke zvýšení pH uvnitř spermie a zvýšení koncetrace cAMP pomocí HCO₃^- dependentní (závislé) adenylyl cyklázy ^[10]. cAMP pak mimo jiné aktivuje PKA. Konečným výsledkem je fosforylace tyrosinu některých cytoplazmatických proteinů. ^[11]. Aktivita adenyly cyklázy je také zvýšená některými reaktivními kyslíkovými radikály (ROS - reaktive oxygen species) jako H₂O₂ , O₂^- a NO^.
• v cytoplazmě přítomný aktin G se pod vlivem HCO₃^- /cAMP/PKA (a částečněi PKC)/PLD signalizační dráhy začne polymerizovat na aktin F. Polymerizace aktinu vede k přesunu fosfolipasy C (PLC)z cytoplasmy do cytoplasmatické membrány. Během akrosomové reakce aktin F zpětne velmi rychle depolymeruje (umožní se tak kontakt cytoplasmatické membrány s vnější akrosomovou membránou) ^[12]

[editovat] Výsledek kapacitace

Po skončení kapacitace je spermie připravená na oplození vajíčka. Kapacitované spermie:

• vykazují schopnost chemotaxe a thermotaxe a díky tomu jsou schopné aktivně vyhledávát vajíčko. ^[13], ^[14]
• jsou schopné navázat se na glykoproteinový obal vajíčka – zonu pellucidu a podstoupit akrosomovou reakci. ^[15]
  • po akrosmové reakci dojde k odhalení vnitřní akrosomové membrány, která obsahuje proteiny podílející se na fúzi spermie s vajíčkem ^[16]

[editovat] Kapacitace in vitro

[editovat] provedení

Pro různé studie mechanismů savčího oplození a pro asistovanou reprodukci je zapotřebí spermie kapacitovat in vitro. Podstatou je odstranění semenné plasmy (tekutiny, ve které jsou spermie po ejakulaci) např. centrifugací a inkubace spermií v tzv, kapacitačním mediu, které napodobuje fyziologickou tekutinu v oviduktu. Kapacitačních medií je celá řada, společným rysem je přítomnost: Ca²⁺ , HCO₃^-, sérového albumínu, zdroje energie ( glukosa, fruktosa, laktát, pyruvát) a správná osmomolarita (~300 mOsmol/kg)

Tyrodovo medium - příklad složení kapacitačního media

látka	koncetrace
NaCl	96.0 mM
KCl	4.7 mM
MgSO4	0.4 mM
NaH2PO4	0.3 mM
glukosa	5.5 mM
pyruvát	1.0 mM
laktát	21.6 mM
CaCl2	0.5mM
NaHCO3	10.0 mM
HEPES	20.0 mM

upravit pH připraveného roztoku na 7-7,5 a přidat 3mg BSA/ml (místo BSA je možno použít i jiné sérové albumíny příslušného druhu – např. HSA, PSA, ... )

[editovat] citace

1. ↑ Chang MC, Fertilizing capacity of spermatozoa deposited in Fallopian tubes, Nature 1951; 168:997-998
2. ↑ Austin CR, The ”capacitation“ of the mammalian sperm, Nature 1952; 170:326
3. ↑ Suarez SS, Ho HC, Hyperactivated motility in sperm, Reprod Domest Anim. 2003 Apr;38(2):119-24
4. ↑ Cohen-Dayag A, Tur-Kaspa I, Dor J, Mashiach S, Eisenbach M, Sperm capacitation in humans is transient and correlates with chemotactic responsiveness to follicular factors, Proc Natl Acad Sci U S A. 1995 Nov 21;92(24):11039-43
5. ↑ Lefebvre R, Suarez SS, Effect of capacitation on bull sperm binding to homologous oviductal epithelium, Biol Reprod. 1996 Mar;54(3):575-82
6. ↑ Cross NL, Role of cholesterol in sperm capacitation, Biol Reprod. 1998 Jul;59(1):7-11
7. ↑ Harrison RA, Gadella BM, Bicarbonate-induced membrane processing in sperm capacitation, Theriogenology. 2005 Jan 15;63(2):342-51
8. ↑ Nolan JP, Hammerstedt RH, Regulation of membrane stability and the acrosome reaction in mammalian sperm, FASEB J. 1997 Jul;11(8):670-82
9. ↑ Adeoya-Osiguwa SA, Fraser LR, A biphasic pattern of 45Ca2+ uptake by mouse spermatozoa in vitro correlates with changing functional potential, J Reprod Fertil. 1993 Sep;99(1):187-94
10. ↑ Rojas FJ, Patrizio P, Do J, Silber S, Asch RH, Moretti-Rojas I, Evidence for a novel adenylyl cyclase in human epididymal sperm, Endocrinology. 1993 Dec;133(6):3030-3
11. ↑ Seshagiri PB, Mariappa D, Aladakatti RH, Tyrosine phosphorylated proteins in mammalian spermatozoa: molecular and functional aspects, Soc Reprod Fertil Suppl. 2007;63:313-25
12. ↑ Breitbart H, Cohen G, Rubinstein S. Role of actin cytoskeleton in mammalian sperm capacitation and the acrosome reaction. Reproduction. 2005 Mar;129(3):263-8
13. ↑ Eisenbach M, Mammalian sperm chemotaxis and its association with capacitation, Dev Genet. 1999;25(2):87-94
14. ↑ Bahat A, Eisenbach M, Sperm thermotaxis, Mol Cell Endocrinol. 2006 Jun 27;252(1-2):115-9. Epub 2006 May 2
15. ↑ Töpfer-Petersen E, Petrounkina AM, Ekhlasi-Hundrieser M, Oocyte-sperm interactions, Anim Reprod Sci. 2000 Jul 2;60-61:653-62
16. ↑ Kaji K, Kudo A, The mechanism of sperm-oocyte fusion in mammals, Reproduction. 2004 Apr;127(4):423-9