A spermiumoknak számos állatfajban, beleértve az embert is, egy Ca2+-függő exocitotikus folyamaton, az akroszóma reakción (AR) kell keresztülmenniük, mielőtt megtermékenyítik a petesejteket. Az AR, amelyet először a tengeri sün és a tengeri csillagok esetében írt le Dan , magában foglalja a külső akroszómális membrán többszörös fúzióját a felette lévő spermium plazmamembránnal. Ez lehetővé teszi az akroszóma tartalmának felszabadulását a spermiumsejt külsejére. A lítiás akroszómaanyagok megemésztik vagy disszociálják az oocita glikoprotein bevonatát, és egy lyukat hoznak létre, amelyen keresztül a spermiumfej előrehalad, hogy elérje a tulajdonképpeni oocita felszínét, mielőtt összeolvadna vele. A tengeri sünben egy bindin nevű akroszomális fehérje tapad a meghosszabbított belső akroszomális membránhoz; ez közvetíti a spermiumfejnek a vitellinburokhoz való rögzülését, valamint a petesejt plazmamembránjával való fúzióját.
A tengeri sün egyes fajainál (pl. Pseudocentrotus depressus) az AR egy nagyon vékony vitellinburokon történhet, amely a petesejtet borítja (1. ábra). Sok más fajnál azonban az AR akkor kezdődik, amikor a spermiumok áthaladnak a vitellinburkot fedő kocsonyás bevonaton. A tengeri csillagoknál az AR a vastag kocsonyaburok külső felszínén történik. Néhány más gerinctelen fajban (pl. a Hydroides hexagonus nevű gyűrűsgyíkban) az AR az üvegburok külső határán kezdődik .
Az AR. A) Az AR kezdetének helyei a tengeri sünnél (a kocsonyaburokban vagy az üveghéjon), a tengeri csillagnál (a kocsonyaburok külső peremén), a gyűrűsállatnál (az üveghéjon) és az emlősnél (Jin et al. tanulmányának tárgya ). B) A tengeri sün spermiumfejek elülső végeinek hosszmetszeti ábrái, amelyek az AR egymást követő szakaszait mutatják; figyeljük meg, hogy a belső akroszómális membrán (i) egy olyan folyamatot alkotva nyúlik ki, amely összeolvad a petesejt plazmamembránjával. C) Az AR egymást követő szakaszainak ábrái emlősökben; a belső akroszómamembrán (i) szerkezetileg változatlan marad az AR alatt és után. A spermiumfej ekvatoriális szegmens régiójának (e) plazmamembránja az AR során megváltoztatja jellemzőit, hogy összeolvadjon a petesejt plazmamembránjával.
Az AR. A) Az AR kezdetének helyei a tengeri sünnél (a kocsonyaburokban vagy az üveghéjon), a tengeri csillagnál (a kocsonyaburok külső perifériáján), a gyűrűsállatnál (az üveghéjon) és az emlősnél (Jin et al. tanulmányának tárgya ). B) A tengeri sün spermiumfejek elülső végeinek hosszmetszeti ábrái, amelyek az AR egymást követő szakaszait mutatják; figyeljük meg, hogy a belső akroszómális membrán (i) egy olyan folyamatot alkotva nyúlik ki, amely összeolvad a petesejt plazmamembránjával. C) Az AR egymást követő szakaszainak ábrái emlősökben; a belső akroszómamembrán (i) szerkezetileg változatlan marad az AR alatt és után. A spermiumfej ekvatoriális szegmens régiójának (e) plazmamembránja az AR során megváltoztatja jellemzőit, hogy összeolvadjon a petesejt plazmamembránjával.
Az emlősökben a megtermékenyítésre kész, teljesen érett petesejteket egy-egy vastag vitellinburok, a zona pellucida veszi körül, amelyet viszont számos, acelluláris mátrixba (hialuronsav-polimerek) ágyazott tüszősejt vesz körül. Ezeket együttesen cumulus-oocita komplexnek nevezzük. Bár biztosak vagyunk abban, hogy a spermiumok aktív flagelláris propulzió segítségével a zona pellucidába való belépésükkor AR-on mennek keresztül, az a hely, ahol a megtermékenyítő spermiumok megkezdik AR-jukat, vitatott kérdés. A korai kutatók, akik természetes módon párosodott vagy megtermékenyített nőstények petevezetékéből gyűjtött cumulus-oocyta komplexeket vizsgáltak, a megtermékenyülés időpontjában ép, módosított vagy akroszómák nélküli spermiumokat találtak a cumulusban. Yanagimachi és Phillips arra következtetett, hogy a legtöbb megtermékenyítő hörcsögspermium in vivo a cumuluson keresztül haladva indítja el AR-ját. Más kutatók, különösen azok, akik az egér megtermékenyítést in vitro tanulmányozták, ellenezték ezt az elképzelést, és azt állították, hogy a fiziológiailag releváns AR helye a zona pellucida . Ez a hipotézis két megfigyelésen alapult: Az akroszóma-intakt spermiumok in vitro kötődnek a zónához, majd átesnek az AR-on , és a szolubilizált zona pellucida, különösen a szolubilizált ZP3, specifikusan kötődik a spermiumfej akroszómális régiójához, és ugyanolyan hatékonyan indukálja az AR-t, mint a Ca2+ ionofór in vitro . Meg kell jegyezni, hogy még senki sem vizsgált egyetlen spermiumot folyamatosan az AR kezdetétől a megtermékenyítés (szinogámia) végéig. Az AR-t a zona pellucidán kezdődő spermiumok nem biztos, hogy azok a spermiumok, amelyek ténylegesen megtermékenyülnek. Gahlay és munkatársai nemrégiben kétségbe vonták a zona pellucida AR-t indukáló képességét. E kutatók szerint a transzgenikus egerek (ZP2Mut, ZP3Mut) zonái nem képesek az AR indukálására, mégis megtermékenyülnek a petesejtek ezekben a törzsekben, ami arra utal, hogy a megtermékenyülő spermiumok vagy a zonával való érintkezésük előtt, vagy az azon való áthaladásuk során mennek keresztül az AR-on.
Jin és munkatársai úgy közelítették meg a sperma AR és a termékenység problémáját, hogy egér spermiumokat videófelvételen rögzítették, miután in vitro megtermékenyítették a cumulus-be zárt petesejteket. Egyetlen cumulus-oocyta komplexet helyeztek egy miniatűr fedőlemez alá, majd enyhén összenyomták és megtermékenyítették kapacitált spermiumokkal, mielőtt folyamatos videofelvételt végeztek. Transzgenikus hím egereket használtak, amelyek spermiumai zöld fluoreszcens fehérjét expresszálnak az akroszómáikban. A spermafejek zöld fluoreszcenciát mutatnak, ha az akroszómák épek. Ez az AR beindulásakor eltűnik. Jin és munkatársai tanulmányának erőssége az volt, hogy a kutatók a rögzített képek vizsgálata alapján meg tudták különböztetni a megtermékenyülő spermiumokat a nem megtermékenyülő társaiktól; ezt korábban még senki sem tette meg. Vizsgálatuk eredményei megdöbbentőek voltak. A legtöbb megtermékenyítő egérspermium már átesett az AR-on, amikor először látták a cumulusban. Bár néhány megtermékenyülő spermium a zónán átesett az AR-on, a legtöbb akroszómával érintkező spermium elúszott a zónától anélkül, hogy belépett volna oda. Más szóval, a spermiumok AR beindulása a zónán inkább a kivétel volt, mint a szabály. Ez összhangban van azzal, amit a tengerimalac spermiumok esetében megfigyeltek, amelyek kizárólag az AR után kötődnek a zona pellucidához és hatolnak be a zona pellucidába. Elgondolkodtató, hogy a korábbi kutatók miért hitték, hogy az akroszómával reagáló egér spermiumok terméketlenek, mert nem képesek a zónához kötődni . A Jin és munkatársai által készített jelentés emlékeztet minket arra, hogy újra kell vizsgálnunk a spermium-oocita kölcsönhatások folyamatát és mechanizmusát, nagyobb figyelmet fordítva a megtermékenyítésben ténylegesen részt vevő spermiumokra. Sok fajban az in vitro megtermékenyítés bizonyosan lehetséges intakt cumulus oophorus nélkül is. Kétségtelen, hogy a zona pellucida képes kiváltani vagy felgyorsítani az AR-t, de a zona nem tekinthető az egyetlen olyan veleszületett anyagnak, amely kiváltja a fiziológiás AR-t.
Jin és munkatársai nem tisztázták azt a helyet, ahol a megtermékenyülő egér spermiumok megkezdték AR-jukat. Mivel a cumulus oophorus nagy, a vizsgálók alacsony nagyítású objektívvel keresték a spermiumokat a cumuluson belül. Ez megnehezítette annak meghatározását, hogy a vizsgált spermiumokban mikor és hol kezdődött az AR. Vizsgálatukból azonban egyértelmű, hogy azok az egér spermiumok, amelyek az AR-t a zona elérése előtt kezdték meg, képesek voltak megtermékenyülni. Azt, hogy a megtermékenyülő spermiumok hol kezdik az AR-t, és mi váltja ki az AR-t, még meg kell határozni.
.
;
:
–
.
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
,
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
,
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
,
,
.
;
:
–
.
,
,
.
;
:
–
.
,
,
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
.
.
:
,
:
–
.
,
.
.
:
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
,
,
,
,
.
;
:
–
.
,
.
;
:
–
.
.
.
:
;
:
–
.
,
,
.
;
:
–
.
,
,
,
,
.
;
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
.
;
:
–
.
,
,
,
,
,
,
.
;
:
–
.
,
,
.
;
:
–
.