Akrozomální reakce (také akrozomová reakce nebo akrosomální/akrosomová exocytosa) je exocytóza akrozomu (specifické organely spermií), která usnadní spermii proniknout glykoproteinovým obalem vajíčka – zonou pellucidou a umožní spojit se s vajíčkem (fúze gamet). U savců mohou akrozomovou reakci mohou podstoupit jen kapacitované spermie (spermie, které pobývaly určitou dobu v samičím reprodukčním traktu, dokud plně nedozrály)

Předpokládaný průběh akrozomální reakce Kontakt se zonou pellucidou vyvolá výrazné zvýšení koncentrace Ca 2+ v cytoplazmě spermie (vyšší než v průběhu kapacitace). Během akrozomální reakce dochází k depolymeraci F-aktinu na G-aktin, což zpřístupní cytoplasmatickou membránu spermie vnější akrosomální membráně a umožní fúzi.Brener E, Rubinstein S, Cohen G, Shternall K, Rivlin J, Breitbart H, Remodeling of the actin cytoskeleton during mammalian sperm capacitation and acrosome reaction. Biol Reprod. 2003 Mar;68(3):837-45,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 Dochází k fúzi cytoplasmatické membrány a vnější akrozomální membrány, objevují se tzv. fúzní póry a obsah akrozomu se dostává ven. Je buď volný anebo obalený membránou vzniklou fúzí Odhalí se vnitřní akrozomální membrána, která obsahuje proteiny vázající zonu pellucidu a umožní spermii udržet se na místě. Dále nese proteiny, které zprostředkují fúzi spermie s cytoplazmatickou membránou vajíčka

Obálky vajíčka U většiny druhů savců má vajíčko dvě obálky – shluk granulózních buněk corona radiata a glykoproteinový obal – zonu pellucidu. Právě kontakt se zonou pellucidou je přirozeným spouštěčem akrozomální reakce. Samotná zona pellucida se skládá převážně ze tří glykoproteinů – ZP1, ZP2 a ZP3, přičemž se předpokládá, že právě ZP3 je hlavním stimulátorem. Nicméně sám o sobě (bez ZP1 a ZP2) akrozomální reakci chopen vyvolat není.

Regulace akrosomální reakce Akrozomální reakce je příkladem děje kontrolovaným poměrně složitými signalizačními kaskádami, jejichž vzájemné propojení a interakce dodnes nejsou plně objasněny. Akrozomální reakce je kontrolována pomocí enzymů PKA,PKC a PLC a výrazně zvýšenou koncentraci Ca2+ a depolymerací aktinu. Celý regulační proces navazuje a úzce souvisí s kapacitací

Kapacitace prostředí pohlavního traktu samice způsobí: odstranění dekapacitačních faktorů (faktorů zamezujících kapacitaci) – např. cholesterol, glykogelin S… nárůst koncentrace HCO3− a Ca2+, postupný nárůst koncentrace ROS aktivace HCO3– dependentní adenyly cyklázy nárůst konc. cAMP aktivace PKA (pomocí cAMP) ( a PKC (pomocí Ca2+) PKA modifikuje a aktivuje: aktivace PLD1 PLD1 vytváří PA (kyselina fosfatidová), která nepřímo stimuluje polymeraci aktinu (interakce s proteiny reagujícími s aktinem) přesun PLC do cytoplazmatické membrány protein tyrosinová fosforylace proteinů v bičíku

Akrozomová reakce interakce se zonou pellucidou: ještě se zvýší aktivita PKA a PKC a dojde k aktivaci PLC dochází k výraznému nárůstu koncentrace Ca2+ (PKC aktivuje Ca2+ iontové kanály v plazmatické membráně a PKA s PLC (pomocí PI3) zase ve vnější akrozomální membráně) vysoká koncentrace Ca2+ vede k depolymeraci aktinu vysoká koncentrace Ca2+ vede k aktivaci SNARE proteinů (pomocí proteinu Rab3) a jejich interakci. (Navázání T a V-Snare na sebe, způsobí změnu jejich konformace, prudce se kolem sebe obtočí a přitáhnou membrány k sobě) přiblížení membrán pomocí SNARE proteinů vede k fúzi vnější akrozomální membrány s plazmatickou membránou Breitbart H. „Signaling pathways in sperm capacitation and acrosome reaction.“ Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2003 May;49(3):321-7.,Ramalho-Santos J, Schatten G, Moreno RD.“ Control of membrane fusion during spermiogenesis and the acrosome reaction.“ Biol Reprod. 2002 Oct;67(4):1043-51.,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.

+ použité zkratkyzkratka český název anglický názevreakceROSreaktivní kyslíkové readikályreactive oxygen species-cAMPcyklický adenosylnmonofosfátcyclic adenosylmonophosphate aktivace různých enzymůPKAproteinkináza Aproteinkinase A, cAMP dependentní proteinkináza fosforylace proteinů na Ser/ThrPKCproteinkináza Cproteinkinase C, Ca2+ dependentní (a DAG dependentní) protein kináza fosforylace proteinů na Ser/ThrPLD1fosfolipáza D1phospholipase D1hydrolýza fosfatidylcholinu na kyselinu fosfatidovou (PA) a cholinPLCfosfolipáza Cphospholipase C fosfatidylinositolbisfosfátu (PIP2) na inositoltrifosfát (PI3) a diacylglycerol (DAG)

Fúze gamet

Odhalená vnitřní akrozomální membrána na sobě nese specifické proteiny (proteinové receptory – z proteinové rodiny ADAM), které jsou schopné interagovat s jinými proteiny na plazmatické membráně vajíčka (integriny, CD9). Touto interakcí dojde k přiblížení a nakonec i spojení těchto membrán – tedy k fúzi gamet.

Enzymy akrozomu Obsah akrozomu tvoří různé lytické enzymy:

proteázy: akrosin (proteáza trypsinového typu exprimovaná pouze ve spermatogenních buňkách) a jeho prekurzor preakrosin, kalpain II, pepsidáza podobná kolagenáze, pepsidáza podobna katepsinu D glykosidázy: β-galaktosidáza, hyaluronidáza, neuraminidáza, β-N-acetylglukosaminidáza lipázy: fosfolipáza A2, fosfolipázy C další – arylsulfatáza…

Předčasná akrozomální reakce nebo také nespecifická akrozomální reakce. V průběhu kapacitace (či po ní) některé spermie podstoupí zonou pellucidou nevyvolanou akrozomální reakci a uvolní tak obsah akrozomu. Předčasně akrozomově zreagované spermie (jinak označované za spermie s porušených/ chybějícím akrozomem) mají výrazně sníženou šanci oplodnit vajíčko.

Akrozomální reakce in vitro Při výzkumu oplození a plodnosti (neboli fertilizace a fertility) je často zapotřebí vyvolat akrozomovou reakci . Proteiny zony pellucidy (ZPp) nejsou standardně komerčně dostupné (obzvláště lidské) . Důvodem je nefunkčnost transgenních ZPp. Využívá se tedy jiných látek, které jsou schopné akrozomovou reakci vyvolat uměle. Nejčastější je použití ionoforu Ca2+ (např. A23187 nebo ionomycin), který zprůchodní membránu pro Ca2+ a způsobí tak výrazné zvýšení cytoplazmatické koncentrace tohoto iontu. Dále se používá progesteron, který také dokáže zvýšit koncentraci cytoplazmatického Ca2+.Brucker C, Lipford GB. „The human sperm acrosome reaction: physiology and regulatory mechanisms. An update.“ Hum Reprod Update. 1995 Jan;1(1):51-62. Vysoká koncentrace Ca2+ u kapacitované spermie pak vede k akrozomové reakci. Úspěšnost akrozomální reakce lze dokázat běžnými histologickými barveními (např. May-Grünwaldovo barvení) nebo lektinovými studiemi (např. pomocí WGA, ConA) anebo protilátkami proti specifickým akrozomálním proteinům (např. akrosin) (akrozomálně zreagované spermie už tyto proteiny nemají, popř. pouze vázané na vnitřní akrozomální membránu)

Příklad vyvolání akrozomové reakce in vitro K suspenzi kapacitovaných spermií v kapacitačním médiu se přidá A 23187 (konc. 10µM) a spermie se nechají inkubovat při T = 37 °C, 5% CO2 atmosféře a 100% vlhkosti vzduchu po dobu 30min.Mendoza C, Carreras A, Moos J, Tesarik J., „Distinction between true acrosome reaction and degenerative acrosome loss by a one-step staining method using Pisum sativum agglutinin.“ J Reprod Fertil. 1992 Aug;95(3):755-63.

Související články akrozom kapacitace spermie oplodnění zona pellucida

Odkazy

Reference

Literatura Neil JD, „Knobil and Neill's Physiology of Reproduction“, Academic Press; 3 edition (12 Dec 2005),

Kategorie:Pohlavní rozmnožování