Mammalian Sperm Acrosome Reaction:

AR. A) Paikat, joissa AR alkaa merisiilillä (hyytelökuoressa tai vitelliinikuoressa), meritähdellä (hyytelökuoren ulkoreunalla), rengaseläimellä (vitelliinikuoressa) ja nisäkkäällä (Jinin ym. tutkimuksen kohde ). B) Kaaviot merisiilin siittiöiden etupään pitkittäisleikkauksista, joissa näkyvät AR:n peräkkäiset vaiheet; huomaa, että sisempi akrosomaalinen kalvo (i) laajenee muodostaen prosessin, joka sulautuu munan plasmakalvoon. C) Kaaviot nisäkkäiden AR:n peräkkäisistä vaiheista; sisempi akrosomikalvo (i) pysyy rakenteellisesti muuttumattomana AR:n aikana ja sen jälkeen. Siittiöiden pään ekvatoriaalisen segmentin alueen (e) plasmakalvo muuttaa ominaisuuksiaan AR:n yhteydessä sulautuakseen munasolun plasmakalvoon.

Nisäkkäillä täysin kypsiä munasoluja, jotka ovat valmiita hedelmöitymiseen, ympäröi kumpikin paksu vitelliinikuori, jota kutsutaan zona pellucidaksi ja jota puolestaan ympäröivät lukuisat follikulaariset solukot akellulaariseen matriksiin sulautuneina (hyaluronihappo- eli hyaluronihappo- eli hyaluronihappopolymeereihin). Yhdessä nämä tunnetaan nimellä cumulus-oocyte-kompleksi. Vaikka olemme varmoja siitä, että siittiöissä tapahtuu AR, kun ne saapuvat zona pellucidaan aktiivisen lippulaarisen propulsioinnin avulla, on kiistelty siitä, mistä kohdasta hedelmöittyvät siittiöt aloittavat AR:n. Aikaisemmat tutkijat, jotka tutkivat luonnollisesti paritettujen tai siemennettyjen naaraiden munanjohtimesta kerättyjä kumulaari-munasolukomplekseja, löysivät siittiöitä, joilla oli ehjiä, muunneltuja tai ei lainkaan akrosomeja kumulaarissa suunnilleen hedelmöityshetkellä . Yanagimachi ja Phillips päättelivät, että suurin osa hamsterin hedelmöittyvistä siittiöistä in vivo aloittaa AR:n kulkiessaan cumuluksen läpi. Muut tutkijat, erityisesti ne, jotka tutkivat hiiren hedelmöittymistä in vitro, vastustivat tätä ajatusta ja väittivät, että fysiologisesti merkityksellinen AR:n paikka on zona pellucida . Tämä hypoteesi perustui kahteen havaintoon: Akrosomi-intakti siittiöt sitoutuvat zonaan in vitro ja käyvät sitten läpi AR:n , ja liuotettu zona pellucida, erityisesti liuotettu ZP3, sitoutuu spesifisesti siittiöiden pään akrosomaaliseen alueeseen ja indusoi AR:n yhtä tehokkaasti kuin Ca2+-ionofori in vitro . On huomattava, että kukaan ei ole koskaan tutkinut yksittäistä siittiöitä yhtäjaksoisesti AR:n alusta hedelmöittymisen loppuun (syngamia). Siittiöt, jotka aloittavat AR:nsa zona pellucidassa, eivät välttämättä ole niitä, jotka todella hedelmöittävät. Gahlay et al. epäilivät äskettäin zona pellucidan kykyä käynnistää AR. Näiden tutkijoiden mukaan siirtogeenisten hiirten (ZP2Mut, ZP3Mut) zona pucida ei kykene indusoimaan AR:ta, mutta silti munasolut hedelmöittyvät näissä kannoissa, mikä viittaa siihen, että hedelmöittyvät siittiöitä käyvät läpi AR:n joko ennen kosketusta zonaan tai sen läpi kulkiessaan.

Jin ym. lähestyivät siittiöiden AR:n ja hedelmällisyyden problematiikkaa videonauhoittamalla hiiren siittiöitä sen jälkeen, kun ne olivat hedelmöittäneet cumulus-kuoren sulkeutuneita munasoluja in vitro. He sijoittivat yksittäisen cumulus-okosyytti-kompleksin minikokoisen peitinliuskan alle, puristivat sitä hieman ja siemennettiin se kapasitoituneilla siittiöillä ennen jatkuvan videotallennuksen aloittamista. He käyttivät siirtogeenisiä uroshiiriä, joiden siittiöt ilmentävät akrosomeissaan vihreää fluoresoivaa proteiinia. Spermanpäissä näkyy vihreää fluoresenssia, kun akrosomit ovat ehjiä. Tämä häviää, kun AR käynnistyy. Jinin ja muiden tekemän tutkimuksen vahvuus oli se, että tutkijat pystyivät erottamaan hedelmöittyvät siittiöt hedelmöittymättömistä siittiöistä tarkastelemalla nauhoitettua kuvaa, mitä kukaan ei ole aiemmin tehnyt. Heidän tutkimuksensa tulokset olivat hätkähdyttäviä. Suurin osa hiiren hedelmöittyvistä siittiöistä oli jo käynyt läpi AR:n, kun ne nähtiin ensimmäisen kerran cumuluksessa. Vaikka muutama hedelmöittyvä siittiö kävi läpi AR:n zonassa, suurin osa akrosomi-intakteista siittiöistä ui pois zonasta pääsemättä sinne. Toisin sanoen siittiöiden AR:n käynnistyminen zonassa oli pikemminkin poikkeus kuin sääntö. Tämä on yhdenmukaista sen kanssa, mitä on havaittu marsun siittiöiden osalta, jotka sitoutuvat yksinomaan zona pellucidaan ja tunkeutuvat sinne AR:n jälkeen. Ihmetellään, miksi aiemmat tutkijat uskoivat, että akrosomiin reagoivat hiiren siittiöt ovat hedelmättömiä, koska ne eivät kykene sitoutumaan zonaan . Jinin ym. raportti muistuttaa meitä siitä, että meidän on tutkittava uudelleen siittiöiden ja munasolujen vuorovaikutusprosessia ja -mekanismeja kiinnittämällä enemmän huomiota niihin siittiöihin, jotka todella osallistuvat hedelmöitykseen. Monilla lajeilla hedelmöittyminen in vitro on varmasti mahdollista ilman ehjää cumulus oophorusta. Epäilemättä zona pellucidalla on kyky indusoida tai nopeuttaa AR:ta, mutta zonaa ei voida pitää ainoana sisäsyntyisenä aineena, joka indusoi fysiologisen AR:n.

Jin ym. eivät selvittäneet paikkaa, jossa hedelmöittyvän hiiren siittiöiden AR alkoi. Koska cumulus oophorus on suuri, tutkijat käyttivät matalan suurennuksen objektiivia etsiessään siittiöitä cumuluksen sisältä. Tämä vaikeutti sen määrittämistä, milloin ja mistä AR alkoi tarkastelluissa siittiöissä. Heidän tutkimuksensa perusteella on kuitenkin selvää, että hiiren siittiöt, joiden AR on alkanut ennen zonaan pääsyä, pystyivät hedelmöittymään. Se, missä vaiheessa hedelmöittyvät siittiöiden AR alkaa ja mikä AR:n käynnistää, on vielä selvittämättä.