Reacția acrozomului spermei de mamifere: Unde începe înainte de fertilizare?

Spermatozoizii multor specii de animale, inclusiv oamenii, trebuie să treacă printr-un proces exocitotic dependent de Ca2+ cunoscut sub numele de reacție acrozomică (RA) înainte de a fertiliza ovocitele. RA, descrisă pentru prima dată la ariciul de mare și la steaua de mare de către Dan , implică fuziuni multiple ale membranei acrozomale externe cu membrana plasmatică suprapusă a spermatozoizilor. Acest lucru permite eliberarea conținutului acrozomului în exteriorul celulei spermatozoizilor. Materialele acrozomale litice digeră sau disociază învelișul glicoproteic al ovocitului, făcând o gaură prin care capul spermatozoizilor avansează pentru a ajunge la suprafața ovocitului propriu-zis înainte de a fuziona cu acesta. La ariciul de mare, o proteină acrozomală numită bindină aderă la membrana acrozomală internă extinsă; aceasta este cea care mediază atașarea capului spermatozoizilor la învelișul vitelinian, precum și fuziunea cu membrana plasmatică a ovulului.

La unele specii de arici de mare (de exemplu, Pseudocentrotus depressus), RA poate avea loc pe un înveliș vitelinian foarte subțire care acoperă ovulul propriu-zis (Fig. 1). Cu toate acestea, la multe alte specii, RA începe în timp ce spermatozoizii trec printr-un strat gelatinos care acoperă învelișul vitelinian. La steaua de mare, RA are loc la suprafața exterioară a unui strat gelatinos gros. La alte câteva specii de nevertebrate (de exemplu, la anelida Hydroides hexagonus), RA începe la marginea exterioară a învelișului vitelinian .

La mamifere, ovocitele complet mature care sunt pregătite pentru fertilizare sunt fiecare înconjurate de un înveliș vitelin gros numit zona pellucida care, la rândul său, este înconjurat de numeroase celule foliculare încorporate într-o matrice acelulară (polimeri de acid hialuronic). În mod colectiv, acestea sunt cunoscute sub numele de complexul cumulus-oocit. Deși suntem siguri că spermatozoizii trec prin RA până în momentul în care intră în zona pellucida cu ajutorul propulsiei flagelare active, locul în care spermatozoizii fertilizatori își încep RA a făcut obiectul unor controverse. Primii cercetători, care au examinat complexele cumulus-oocit colectate din oviductul femelelor împerecheate sau inseminate în mod natural, au găsit spermatozoizi cu acrosomi intacți, modificați sau fără acrosomi în interiorul cumulusului aproximativ în momentul fertilizării . Yanagimachi și Phillips au dedus că majoritatea spermatozoizilor de hamster fertilizați in vivo își inițiază RA în timp ce avansează prin cumulus. Alți cercetători, în special cei care au studiat fertilizarea șoarecilor in vitro, s-au opus acestei idei și au susținut că locul de apariție a RA relevant din punct de vedere fiziologic este zona pellucida . Această ipoteză s-a bazat pe două observații: Spermatozoizii acrosomiali intacți se leagă de zona pellucida in vitro și apoi sunt supuși RA , iar zona pellucida solubilizată, în special ZP3 solubilizat, se leagă în mod specific de regiunea acrozomală a capului spermatozoizilor și induce RA la fel de eficient ca și ionoforul Ca2+ in vitro . Trebuie remarcat faptul că nimeni nu a examinat vreodată un singur spermatozoid în mod continuu de la începutul RA până la sfârșitul fertilizării (singamie). Spermatozoizii care își încep RA pe zona pellucida ar putea să nu fie cei care fertilizează efectiv. Gahlay et al. au pus recent la îndoială capacitatea zonei pelucide de a induce RA. Potrivit acestor cercetători, zonae de la șoarecii transgenici (ZP2Mut, ZP3Mut) nu sunt capabile să inducă RA, dar ovocitele sunt totuși fertilizate în aceste tulpini, sugerând că spermatozoizii fertilizatori suferă RA fie înainte de contactul lor cu zona, fie în timpul trecerii lor prin aceasta.

Jin et al. au abordat problema RA a spermatozoizilor și a fertilității prin înregistrarea video a spermatozoizilor de șoarece după ce au inseminat ovocite cu cumulus închis in vitro. Ei au plasat un singur complex cumulus-oocit sub un capac miniatural, apoi l-au comprimat ușor și l-au inseminat cu spermatozoizi capacitați înainte de a întreprinde o înregistrare video continuă. Aceștia au folosit șoareci masculi transgenici ale căror spermatozoizi exprimă proteină fluorescentă verde în acrosomi. Capetele spermatozoizilor prezintă fluorescență verde atunci când acrozomii sunt intacți. Aceasta dispare la inițierea RA . Punctul forte al studiului realizat de Jin et al. a fost faptul că cercetătorii au putut distinge spermatozoizii fertilizatori de omologii lor nefertilizatori prin examinarea imaginilor înregistrate; acesta este un lucru pe care nimeni nu l-a mai făcut până acum. Rezultatele explorării lor au fost surprinzătoare. Majoritatea spermatozoizilor de șoarece fertilizatori trecuseră deja prin RA atunci când au fost văzuți pentru prima dată în cumulus. Deși câțiva spermatozoizi fertilizatori au fost supuși RA pe zonă, majoritatea spermatozoizilor care au intrat în acrosom au înotat departe de zonă fără a intra în ea. Cu alte cuvinte, inițierea RA a spermatozoizilor în zona a fost mai degrabă o excepție decât o regulă. Acest lucru este în concordanță cu ceea ce a fost observat pentru spermatozoizii de cobai care se leagă exclusiv de zona pellucida și pătrund în zona pellucida după AR . Ne întrebăm de ce cercetătorii anteriori au crezut că spermatozoizii de șoarece care au reacționat la acrosom sunt infertili din cauza incapacității lor de a se lega de zona . Raportul lui Jin et al. ne reamintește că trebuie să reinvestigăm procesul și mecanismul interacțiunilor dintre spermatozoizi și ovocite, acordând mai multă atenție spermatozoizilor care participă efectiv la fertilizare. La multe specii, fertilizarea in vitro este cu siguranță posibilă fără un cumulus oophorus intact. Fără îndoială, zona pellucida are capacitatea de a induce sau de a accelera RA, dar zona nu poate fi considerată singura substanță înnăscută care induce RA fiziologică.

Jin et al. nu au clarificat locul în care spermatozoizii de șoarece care fertilizează își încep RA. Deoarece ooforul cumulus este mare, cercetătorii au folosit un obiectiv cu mărire mică pentru a căuta spermatozoizii în interiorul cumulusului. Acest lucru a îngreunat determinarea momentului și a locului în care a început RA la spermatozoizii vizualizați. Cu toate acestea, ceea ce reiese clar din studiul lor este că spermatozoizii de șoarece care au început RA înainte de a ajunge în zona au fost capabili să fertilizeze. Locul în care spermatozoizii fertilizatori își încep RA și ceea ce declanșează RA rămân a fi determinate.