Befruchtung und Eizellaktivierung

Wie Spermien und Eizellen sich erkennen, binden und verschmelzen, und wie dieser Kontakt die ruhende Eizelle in eine sich aktiv teilende Zygote umwandelt.

Definition

Befruchtung ist der Prozess, bei dem ein Spermium und eine Eizelle sich gegenseitig erkennen, verschmelzen und ihre Genome kombinieren, um eine diploide Zygote zu bilden; Eizellaktivierung ist die begleitende Reihe von Veränderungen – insbesondere ein Anstieg des intrazellulären Kalziums –, die die Dormanz der Eizelle beendet und den Beginn der Entwicklung auslöst.

Scope

Dieses Thema behandelt die Erkennung und Bindung von Gameten, die Akrosomreaktion, die Fusion von Spermien- und Eizellmembranen, die Blockaden der Polyspermie und die kalziumgesteuerte Aktivierung des Eizellstoffwechsels, die die Entwicklung einleitet. Es befasst sich auch mit der Vereinigung der beiden haploiden Genome zur Bildung einer diploiden Zygote. Anwendungen in der Reproduktionsmedizin werden eher als Bedeutung denn als klinische Leitlinie dargestellt.

Core questions

• Wie erkennen und binden sich Spermien und Eizellen derselben Art?
• Wie verhindert die Eizelle die Befruchtung durch mehr als ein Spermium?
• Welches Signal aktiviert die Eizelle und startet den Zellzyklus nach dem Eindringen des Spermiums neu?
• Wie kommen die mütterlichen und väterlichen Genome in der Zygote zusammen?

Key concepts

• Arten-spezifische Gametenerkennung
• Akrosomreaktion
• Schnelle und langsame Blockaden der Polyspermie
• Kalziumwelle und Eizellaktivierung
• Pronukleäre Fusion und Wiederherstellung der Diploidie

Mechanisms

Kapazitierte Spermien binden die extrazelluläre Hülle der Eizelle (Zona pellucida oder Vitellinhülle) über artspezifische Rezeptoren und durchlaufen die Akrosomreaktion, wobei Enzyme freigesetzt werden, die das Eindringen ermöglichen. Die Membranfusion liefert den Spermienkern und löst einen Anstieg des intrazellulären Kalziums in der Eizelle aus, oft als sich ausbreitende Welle. Dieses Kalziumsignal treibt die Eizellaktivierung an: Die Exozytose kortikaler Granula modifiziert die Eizellhülle, um zusätzliche Spermien zu blockieren (die langsame Blockade der Polyspermie), die metabolische und translationale Maschinerie wird eingeschaltet, und der meiotische Zellzyklus wird wieder aufgenommen. Die Spermien- und Eizellpronuclei replizieren dann ihre DNA und vereinigen sich, um das diploide Genom der Zygote wiederherzustellen.

Clinical relevance

Mechanismen der Gametenerkennung und Eizellaktivierung untermauern Techniken der assistierten Reproduktion und Erklärungen bestimmter Unfruchtbarkeits- und abnormaler Befruchtungsergebnisse. Dieser Eintrag dient der Bildung und bietet keine diagnostische oder Behandlungsanleitung.

History

Die Befruchtung wurde erstmals im neunzehnten Jahrhundert mikroskopisch beschrieben, als die Fusion von Spermien- und Eizellkernen bei Seeigeln und anderen Meerestieren beobachtet wurde; spätere Arbeiten identifizierten das Kalziumsignal und die kortikale Reaktion, die die Eizelle aktivieren.

Seminal works

• gilbert2016

Frequently asked questions

Warum befruchtet normalerweise nur ein Spermium eine Eizelle?

Die Befruchtung löst schnelle elektrische und langsamere strukturelle Veränderungen an der Eizelloberfläche aus – die Blockaden der Polyspermie –, die das Verschmelzen zusätzlicher Spermien verhindern, sodass die Zygote die korrekte Chromosomenzahl behält.

Was bedeutet Eizellaktivierung?

Sie bezieht sich auf die Veränderungen, insbesondere einen Anstieg des Kalziums im Inneren der Eizelle, die die Eizelle aus ihrem arretierten Zustand wecken und die metabolischen und zellzyklischen Ereignisse der Entwicklung einleiten.