Oplođenje kao međureakcija membranskih molekula spermatozoida i jajne ćelije

Uvod

Oplođenje podrazumeva tzv. ćelijsko-ćelijsku fuziju oocite i spermatozoida. Ovaj proces omogućava ponovno uspostavljanje diploidnog broja hromozoma, aktivaciju jajne ćelije, njenu transformaciju u somatsku ćeliju i formiranje nove jedinke. Identifikacija proteina koji učestvuju u procesu ostvarivanja spermatozoidno-oocitne veze i fuzije gameta veoma je važna za potpuno razumevanje ovih fenomena.

Saznanje da poremećaji fuzije gameta mogu dovesti do nekih oblika infertiliteta kod ljudi ovoj problematici daju dodatni značaj i otvaraju nove mogućnosti za lečenje. Nova strategija mogla biti usmerena na regulisanje spermatozoidno-oocitne interakcije. Hipoteza da je fuzija gameta zasnovana na interakciji komplementarnih molekula spermatozoidne i oocitne membrane, potvrđena je na velikom broju eksperimentalnih in vitro i in vivo modela. Pretpostavlja se da u procesu fuzije gameta veliku ulogu igraju ćelijski adhezioni molekuli ili tzv. integrini.

Fuzija gameta

Dogadjaj fuzije gameta je samo mali deo procesa i mehanizama koji prethode uspesnom oplodjenju, tako da su svi koraci koji prethode fuziji gameta podjednako vazni za oplodjenje. Najvazniji koraci koji se mogu smatrati pripremnim fazama oplođenja podrazumevaju maturaciju gameta, transport gameta, prepoznavanje i interakciju spermatozoida i zone pelucide, interakciju spermatozoida i oocite i samo fuzionisanje gameta.

Maturacija spermatozoida podrazumeva proces kapacitacije i prelazak u pobudjeno stanje koje se karakterise ekspresijom celijsko-celijskih adhezionih liganda. Fuzija membrana predstavlja jedan od kljucnih procesa u mnogim bioloskim fenomenima kao sto su transport izmedju organela, endo i egzocitoza, miogeneza i fertilizacija.

U većini slučajeva fuzija membrana je specifični proces, sto podrazumeva prethodno prepoznavanje partnerske membrane sa kojom dolazi do fuzionisanja. Jednostavnije receno, fuzija membrana prilikom oplodjenja podrazumeva obostrano prepoznavanje membrana spermatozoida i oocite. U vecini slucajeva ovo prepoznavanje je species specificno, sto znaci da komplementarnu vezu spermatozoid-oocita mogu ostvariti samo gameti jedinki iste vrste, u suprotnom oplodjenje izostaje.

Uloga receptora u oplpđenju

Veliki broj autora smatra da se veza izmedju gameta ostvaruje preko komplementarnih molekula (membranskih receptora ili adhezionih molekula). Komplementarnost i specificnost ovih molekula moze uporediti sa komplementarnoscu veze antitelo-antigen. Somatske celije i gameti eksprimiraju nekoliko razlicitih grupa adhezionih molekula. U najznacajnije grupe ovih molekula spadaju integrini, selektini, kadherini, sindekani i ADAMs molekuli (metealoproteze). Vezivanje spermatozoida za zonu pelucidu (ZP), koje je u vecini slucajeva species-specificno. Sledi akrozomalna reakcija i oslobadjanje proteolitickih enzima koji najverovatnije omogucavaju penetraciju spermatozoida kroz ZP.

Konačno spermatozoidni receptori reaguju sa komplementarnim molekulima na povrsini oocite, cime se ostvaruje proces vezivanja spermatozoida sa oocitom, sto je prvi korak prema fuziji gameta i oplodjenju ( vidi semu). Mnoga istrazivanja su pokazala da je za proces oplodjenja podjednako vazna receptorska interakcija izmedju spermatozoida i ZP kao i receptorska interakcija izmedju spermatozoida i oocite.

Receptori

Prvi nivo ekspresije speciesspecificnih receptora za ostvarivanje veze sa spermatozoidima lokalizovan je na ili u samoj ZP. Do ovih saznanja se doslo na osnovu pokusaja interspecijesne oplodnje. Naime, pokazano je da se spermatozoidi jedne vrste mogu fuzionisati sa oocitom druge vrste, ali pod uslovom da je oocita oslobodjena ZP. Ukoliko oocita nije oslobodjena ZP spermatozoidi druge vrste ne mogu prebroditi ovu prepreku, verovatno zbog nemogucnosti ostvarivanja receptorske veze sa adhezionim molekulima ZP.

Fertilini

Fertilini su transmembranski molekuli sa osobinama ADAMs porodice molekula. Njihova uloga je prvenstveno sadrzana u ostvarivanju spermatozoidno-oocitne veze. PH-20 i PH-30 molekuli se uglavnom eksprimiraju na unutrasnjoj akrozomalnoj membrani, sto ih cini operativnim samo u postakrozomalnoj fazi oplidjenja. Anti-PH-30 MAb reaguju uglavnom sa spermatozoidima postakrozomalne faze i efikasno ometaju vezivanje spermatozoida za oocitu. Beta subjedinica PH-30 molekula sadrzi solubilnu sekvencu od priblizno 50 aminokiselina za koju se pretpostavlja da ucestvuje u procesu prepoznavanja i vezivanja oocitnih receptora.

Promena redosleda aminokiselina u ovoj sekvenci efikasno inhibise vezivanje spermatozoida za jajnu celiju i fuzionisanje gameta. Fertilini su otkriveni i na spermatozoidima coveka. Redosled aminokiselina PH-30 proteina coveka pokazuje 90% slicnosti sa fertilinom majmuna, 56% slicnosti sa fertilinom hrcka i 55% slicnosti sa misjim fertilinom. Beta1-integrini su membranski molekuli koji se mogu dokazati na celijama trofoblasta, endometrijuma, spermatozoida i imunskih celija. Integrini ucestvuju u ostvarivanju celijsko-celijske veze kao i ostvarivanju veze izmedju celija i ekstracelularnog matriksa.

Imuno-histohemijska istrazivanja pomocu anti-b1-integrinskih antitela, pokazala su da spermatozoidi u preakrozomalnoj fazi eksprimiraju veoma mali broj ovih proteina. Spermatozoidi postakrozomalne faze eksprimiraju znatno veci broj b1-integrina. Ovo ukazuje na mogucnost da je uloga b1-integrina uglavnom sadrzana u procesu vezivanja spermatozoida i oocite. Istrazivanja sprovedena na spermatozoidima infertilnih muskaraca sa teratooligospermijom pokazala su znatno slabiju ekspresiju b-1 integrina u pre i postakrozomalnoj fazi spermatozoida.

Fibronektin, vitronektin i laminin

Ovo su adhezioni molekuli koji takodje doprinose spermatozoid-oocitnoj adhezionoj reakciji. Prisustvo ova tri adheziona molekula je potvrdjena na spermatozoidnoj i oocitnoj membrani. Blokiranje ovih molekula specificnim anti-telima u in vitro uslovima dovodi do potpune inhibicije vezivanja spermatozoida za oolemu. Receptor za C3 komponentu komplementa i b2-integrin se eksprimiraju na oocitnoj membrani. Oni ucestvuju u spermatozoid-oocitnoj interakciji i to najverovatnije preko spermatozoidnih PH-20 i PH-30 molekula.

Blokiranje b2-integrina i receptora za C3 komponentu komplementa specificnim MAb u in vitrouslovima inhibise interakciju ljudskih spermatozoida i jajne celije hrcka oslobodjene zone pelucide. Inhibitori komplementa CD35, CD46, CD55 i CD59 su dokazani na akrozomalnoj membrani spermatozoida. Nizak potencijal inhibicije komplementa aktiviranog ASA, ukazuje na ulogu ovih molekula koja nije strogo povezana sa inhibicijom komplementa. Na ovo ukazuju i podaci da anit-CD46 i anti-CD59 MAb inhibisu vezivanje spermatozoida za oocitu i sam proces fuzionisanja gameta. Anti-CD55 MAb blokiraju akrozomalnu reakciju spermatozoida sto ukazuje na znacaj CD55 molekula za procese akrozomalne reakcije i penetracija spermatozoida korz ZP.

Kalmodulin

Kalmodulin spada u membranske molekule postakrozomalne reakcije, koji se najbolje eksprimiraju na unutrasnjoj akrozomalnoj membrani. Molekuli kalmodulina ucestvuju u procesima fuzionisanja gameta, kao i u procesima koji slede nakon fuzije membrana gameta. Nedavno je potvrdjena interakcija kalmodulina spermatozoidne membrane i citoplazmatskih receptora oocite. Nazalost, istrazivanja interakcije spermatozoidne membrane i citoplazme oocite su u pocetnoj fazi. Ipak, uloga kalmodulina u postfuzionoj fazi oplodjenja je prilicno nejasna. Kompozicija adhezionih moleklua ooleme je veoma slicna sastavu adhezionih moleklula spermtaozoidne membrane. Za razliku od spermatozoida oocita ne eksprimira MHC antigene klase I. Oocita eksprimira sve tri izoforme Fcg receptora (Fcg-I, Fcg-II i Fcg-III), za koje je potvrdjeno da mogu vezati Fc fragment ASA vezanih za spermatozoide.

Dodatne informacije