Kapacitace

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

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 reprodukčním 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.

Kapacitační změny[editovat | editovat zdroj]

Změny spojené s kapacitací lze rozdělit do tří skupin

Změny na povrchu spermie[editovat | editovat zdroj]

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 (vejcovodu) 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]

Změny v cytoplazmatické membráně[editovat | editovat zdroj]

  • 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

Změny v cytoplazmě[editovat | editovat zdroj]

Výsledek kapacitace[editovat | editovat zdroj]

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

Kapacitace in vitro[editovat | editovat zdroj]

provedení[editovat | editovat zdroj]

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 koncentrace
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, ... )

Z ejakulátu se izolují spermie (např. centrifugací nebo swim up metodou) a rozředí se v kapacitačním mediu na koncentraci asi 3.106 spermie/ml. Spermie se inkubují při 37-38°C, v atmosféře 5% CO2 (atmosféra obohacená CO2 na 5%) a při 100% vlhkosti vzduchu po dobu, která je pro každý druh (i každého jedince) specifická (2-12 hod). Kapacitační stav spermií se vyhodnocuje pod mikroskopem. Nejčastějšími metodami jsou:

  • analýza videa (hodnotí se specifický charakter pohybu spermií)
  • indukce akrozomální reakce (pouze kapacitované spermie jsou schopné podstoupit akrozomální reakci)
  • chlortetracyklinová (CTC) esej - během kapacitace se změní vazebná místa pro CTC na plazmatické membráně spermií. CTC je fluorofor a kapacitace se vyhodnocuje jako změna fluorescenčního vzoru na povrchu spermie.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  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