Активация ооцитов

ооцита (или яйцеклетки / яйцеклетки ) Активация представляет собой ряд процессов, происходящих в яйцеклетке во время оплодотворения .

Попадание сперматозоида вызывает высвобождение кальция в яйцеклетку. У млекопитающих это вызвано внедрением дзета-изоформы фосфолипазы С (PLCζ) из цитоплазмы сперматозоидов. ^{[ 1 ]} Активация яйцеклетки включает в себя следующие события:

Кортикальная реакция на блокировку других сперматозоидов
Активация метаболизма яиц
Реактивация мейоза
синтез ДНК

Сперматозоид, триггер активации яйцеклетки

Сперма может вызвать активацию яйцеклетки посредством взаимодействия между белком спермы и рецептором на поверхности яйцеклетки. Идзумо — это сигнал сперматозоидов, который запускает рецептор яйцеклетки Юнона . ^{[ 2 ]} Этот рецептор активируется связыванием сперматозоидов, и возможным сигнальным путем может быть активация тирозинкиназы, которая затем активирует фосфолипазу C (PLC). Сигнальная система инозитола участвует в активации яиц. IP ₃ и DAG образуются в результате расщепления PIP ₂ фосфолипазой C. Однако другая гипотеза состоит в том, что растворимый «фактор спермы» диффундирует из спермы в цитозоль яйцеклетки при слиянии сперматозоида и ооцита. Результаты этого взаимодействия могут активировать путь передачи сигнала , который использует вторичные мессенджеры . Новая изоформа PLC, PLCζ ( PLCZ1 ), может быть эквивалентом фактора спермы млекопитающих. Исследование 2002 года показало, что сперма млекопитающих содержит PLC zeta, который может запускать сигнальный каскад. ^{[ 3 ]}

Быстрый и медленный блок полиспермии

Полиспермия – это состояние, при котором несколько сперматозоидов сливаются с одной яйцеклеткой. Это приводит к дублированию генетического материала. У морских ежей блокирование полиспермии происходит за счет двух механизмов: быстрого блока и медленного блока . Быстрый блок – это электрический блок полиспермии. Потенциал покоя яйца составляет -70 мВ. После контакта со сперматозоидами приток ионов натрия увеличивает потенциал до +20мВ. Медленный блок осуществляется посредством биохимического механизма, запускаемого волной увеличения уровня кальция. Повышение уровня кальция необходимо и достаточно, чтобы вызвать медленный блок. При реакции кортикальной кортикальные гранулы непосредственно под плазматической мембраной высвобождаются в пространство между плазматической мембраной и желточной мембраной ( перивителлиновое пространство ). Увеличение содержания кальция вызывает этот выброс. Содержимое гранул содержит протеазы , мукополисахариды , гиалин и пероксидазы . Протеазы расщепляют мостики, соединяющие плазматическую мембрану и желточную мембрану, и расщепляют биндины, высвобождая сперматозоиды. Мукополисахариды притягивают воду, поднимая желточную оболочку. Гиалин образует слой, прилегающий к плазматической мембране, а пероксидазы сшивают белок желточной мембраны, упрочняя ее и делая непроницаемой для сперматозоидов. С помощью этих молекул желточная мембрана трансформируется в оболочку оплодотворения или оболочку оплодотворения. У мышей зональная реакция эквивалентна корковой реакции морских ежей. Концевые сахара ZP3 расщепляются, высвобождая сперму и предотвращая новое связывание.

Реактивация мейоза

Мейотический цикл ооцита приостанавливался в метафазе второго мейотического деления. Как только PLCζ вводится в ооцит сперматозоидом, он расщепляет фосфолипид фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP ₂ ) на диацилглицерин (DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP ₃ ). В большинстве клеток это происходит на клеточной мембране, однако данные свидетельствуют о том, что PIP ₂ , необходимый для активации ооцита, потенциально хранится во внутриклеточных везикулах, рассеянных по цитоплазме. ^{[ 4 ]} Произведенный IP ₃ затем запускает колебания кальция, которые реактивируют мейотический цикл. Это приводит к производству и экструзии второго полярного тела . ^{[ 5 ]}

синтез ДНК

Через 4 часа после слияния сперматозоида и яйцеклетки начинается синтез ДНК. ^{[ 5 ]} Мужские и женские пронуклеусы перемещаются в центр яйцеклетки, и оболочки разрушаются. Мужские протамины заменяются гистонами, а мужская ДНК деметилируется. Затем хромосомы ориентируются на метафазное веретено для митоза. Такое сочетание двух геномов называется сингамией . ^{[ 5 ]}

Сперматозоид вносит пронуклеус и центриоль в яйцеклетку . Большинство других компонентов и органелл быстро разлагаются. Митохондрии быстро убиквинируются и разрушаются. Теория окислительного стресса представляет собой гипотезу о том, что разрушение митохондрий от отца эволюционно благоприятно, поскольку существует большая вероятность того, что митохондриальная ДНК мутирует или повреждается. Это связано с тем, что мтДНК не защищена гистонами и имеет плохие механизмы восстановления. Из-за повышенной метаболической активности сперматозоида по сравнению с яйцеклеткой из-за его подвижности происходит большее производство активных форм кислорода и, следовательно, большая вероятность мутации. ^{[ 5 ]} Кроме того, во время транспортировки сперматозоиды подвергаются воздействию активных форм кислорода из лейкоцитов придатка яичка. ^{[ 5 ]} Кроме того, контроль качества сперматозоидов намного хуже, чем контроль яйцеклетки, поскольку за цикл выделяется много сперматозоидов, тогда как за цикл выделяется только один доминантный фолликул. Этот конкурсный отбор помогает гарантировать, что для оплодотворения будут выбраны наиболее «подходящие» яйцеклетки. ^{[ 5 ]}

Искусственная активация яйцеклеток

Активацию ооцитов можно искусственно облегчить с помощью ионофоров кальция , что, как предполагается, будет полезно в случае неудачного оплодотворения, которое все еще происходит в 1–5% циклов интрацитоплазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ). ^{[ 6 ]} Другой метод - использование препарата Росковитин, который снижает активность М-фазы, способствующей активности фактора у мышей. ^{[ 7 ]}

Показаниями к искусственной активации яйцеклеток являются:

Дефицит активации, связанный с ооцитами
Созревание in vitro
Низкое количество ооцитов при заборе
Тяжелая тератозооспермия
Тяжелая олигоастенотератозооспермия
Глобозооспермия
Экстракция спермы из яичка ( MicroTESE )
Предыдущая неудача с оплодотворением
Необъяснимое бесплодие
Замороженные-размороженные ооциты

Ссылки

^ Салех А., Кашир Дж., Танасулас А., Сафие-Гарабедян Б., Лай Ф.А., Номикос М. (2020). «Основная роль специфичного для спермы PLC-Zeta в активации яйцеклеток и мужском факторе бесплодия: обновленная информация» . Передний. Сотовое развитие. Биол . 8 (28). дои : 10.3389/fcell.2020.00028 . ПМК 7000359 .
^ Бьянки Э., Доу Б., Гулдинг Д., Райт Дж.Дж. (2014). «Юнона — это рецептор яйцеклетки Идзумо, который необходим для оплодотворения млекопитающих» . Природа . 508 (7497): 483–7. Бибкод : 2014Natur.508..483B . дои : 10.1038/nature13203 . ПМЦ 3998876 . ПМИД 24739963 .
^ Сондерс С., Ларман М., Паррингтон Дж., Кокс Л., Ройс Дж., Блейни Л., Суонн К., Лай Ф. (2002). «PLC zeta: специфичный для сперматозоидов триггер колебаний Ca (2+) в яйцеклетках и развитии эмбрионов». Разработка . 129 (15): 3533–44. ПМИД 12117804 .
^ Ю, Юаньсун; Номикос, Михаил; Теодориду, Мария; Нунесис, Джордж; Лай, Ф. Энтони; Суонн, Карл (15 января 2012 г.). «PLCζ вызывает колебания Ca2+ в яйцах мышей, воздействуя на внутриклеточную, а не на плазматическую мембрану PI(4,5)P2» . Молекулярная биология клетки . 23 (2): 371–380. doi : 10.1091/mbc.E11-08-0687 . ISSN 1059-1524 . ПМК 3258180 . ПМИД 22114355 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Джонсон, М. (2007). Существенная репродукция (6-е изд.). Оксфорд: Блэквелл. ISBN 9781405118668 .
^ Кашир, Дж.; Хайндрикс, Б.; Джонс, К.; Де Саттер, П.; Паррингтон, Дж.; Кауард, К. (2010). «Активация ооцитов, фосфолипаза C-дзета и бесплодие человека» . Обновление репродукции человека . 16 (6): 690–703. дои : 10.1093/humupd/dmq018 . ПМИД 20573804 .
^ Иба, Т; Яно, Ю; Умено, М; Хинокио, К; Кувахара, А; Ирахара, М; Ямано, С; Ясуи, Т (2011). «Росковитин в сочетании с ионофором кальция индуцирует активацию ооцитов за счет снижения активности фактора, способствующего М-фазе, у мышей». Зигота . 20 (4): 321–325. дои : 10.1017/S0967199411000591 . ПМИД 22008472 .

[1] Салех А., Кашир Дж., Танасулас А., Сафие-Гарабедян Б., Лай Ф.А., Номикос М. (2020). «Основная роль специфичного для спермы PLC-Zeta в активации яйцеклеток и мужском факторе бесплодия: обновленная информация» . Передний. Сотовое развитие. Биол . 8 (28). дои : 10.3389/fcell.2020.00028 . ПМК 7000359 .

[2] Бьянки Э., Доу Б., Гулдинг Д., Райт Дж.Дж. (2014). «Юнона — это рецептор яйцеклетки Идзумо, который необходим для оплодотворения млекопитающих» . Природа . 508 (7497): 483–7. Бибкод : 2014Natur.508..483B . дои : 10.1038/nature13203 . ПМЦ 3998876 . ПМИД 24739963 .

[3] Сондерс С., Ларман М., Паррингтон Дж., Кокс Л., Ройс Дж., Блейни Л., Суонн К., Лай Ф. (2002). «PLC zeta: специфичный для сперматозоидов триггер колебаний Ca (2+) в яйцеклетках и развитии эмбрионов». Разработка . 129 (15): 3533–44. ПМИД 12117804 .

[4] Ю, Юаньсун; Номикос, Михаил; Теодориду, Мария; Нунесис, Джордж; Лай, Ф. Энтони; Суонн, Карл (15 января 2012 г.). «PLCζ вызывает колебания Ca2+ в яйцах мышей, воздействуя на внутриклеточную, а не на плазматическую мембрану PI(4,5)P2» . Молекулярная биология клетки . 23 (2): 371–380. doi : 10.1091/mbc.E11-08-0687 . ISSN 1059-1524 . ПМК 3258180 . ПМИД 22114355 .

[johnson-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Джонсон, М. (2007). Существенная репродукция (6-е изд.). Оксфорд: Блэквелл. ISBN 9781405118668 .

[6] Кашир, Дж.; Хайндрикс, Б.; Джонс, К.; Де Саттер, П.; Паррингтон, Дж.; Кауард, К. (2010). «Активация ооцитов, фосфолипаза C-дзета и бесплодие человека» . Обновление репродукции человека . 16 (6): 690–703. дои : 10.1093/humupd/dmq018 . ПМИД 20573804 .

[7] Иба, Т; Яно, Ю; Умено, М; Хинокио, К; Кувахара, А; Ирахара, М; Ямано, С; Ясуи, Т (2011). «Росковитин в сочетании с ионофором кальция индуцирует активацию ооцитов за счет снижения активности фактора, способствующего М-фазе, у мышей». Зигота . 20 (4): 321–325. дои : 10.1017/S0967199411000591 . ПМИД 22008472 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]