Оплодотворение и распознавание гамет

Оплодотворение — это процесс, посредством которого сперматозоид и яйцеклетка распознают друг друга, связываются и сливаются, образуя зиготу, восстанавливая диплоидное число хромосом и активируя развитие. Распознавание гамет — это молекулярное взаимодействие, которое гарантирует, что сперматозоид нужного вида связывается с оболочкой яйцеклетки и что один сперматозоид сливается с мембраной яйцеклетки.

Definition

Оплодотворение — это слияние гаплоидного сперматозоида и гаплоидной яйцеклетки, опосредованное последовательными событиями распознавания на уровне zona pellucida и плазматической мембраны яйцеклетки, которое приводит к образованию диплоидной зиготы и запускает активацию яйцеклетки и блок полиспермии.

Scope

Тема охватывает капацитацию сперматозоидов и акросомную реакцию, связывание с zona pellucida и ее проникновение, пару рецепторов слияния IZUMO1-JUNO на мембранах сперматозоида и яйцеклетки, активацию яйцеклетки и блоки, предотвращающие оплодотворение более чем одним сперматозоидом. Она рассматривает оплодотворение как физиологический и молекулярный процесс; это не клиническое руководство по зачатию или вспомогательным репродуктивным технологиям.

Core questions

• Как сперматозоид распознает и связывается с zona pellucida яйцеклетки?
• Какие молекулы опосредуют слияние мембран сперматозоида и яйцеклетки?
• Как яйцеклетка обеспечивает оплодотворение только одним сперматозоидом?
• Какие изменения в яйцеклетке составляют активацию после слияния?

Key concepts

• Капацитация сперматозоидов
• Акросомная реакция
• Гликопротеины zona pellucida (ZP1-ZP4)
• Рецепторы слияния IZUMO1 и JUNO
• Активация яйцеклетки и колебания кальция
• Блок полиспермии
• Кортикальная реакция и уплотнение zona

Mechanisms

Эякулированные сперматозоиды приобретают оплодотворяющую способность посредством капацитации в женском тракте, затем связываются с zona pellucida яйцеклетки, гликопротеиновой оболочкой, компоненты которой (включая ZP3) были идентифицированы как обладающие рецепторной активностью для сперматозоидов. Связывание способствует акросомной реакции, высвобождая ферменты, которые помогают сперматозоиду проникнуть через zona. На поверхности яйцеклетки мембранный белок сперматозоида IZUMO1 связывается со своим рецептором яйцеклетки JUNO; это взаимодействие необходимо для слияния плазматических мембран сперматозоида и яйцеклетки. Слияние запускает активацию яйцеклетки, включая внутриклеточные колебания кальция и кортикальную реакцию, которая модифицирует zona pellucida и устанавливает блок полиспермии, так что только один сперматозоид вносит свой геном.

Clinical relevance

Понимание распознавания гамет лежит в основе науки о бесплодии и вспомогательных репродуктивных технологиях, таких как экстракорпоральное оплодотворение и интрацитоплазматическая инъекция сперматозоидов, и объясняет, почему дефекты в связывании с zona или молекулах слияния могут нарушать оплодотворение. Эта статья описывает базовую физиологию в качестве справочного материала и не предоставляет индивидуальных советов или лечения по вопросам фертильности.

Evidence & guidelines

Большая часть молекулярных деталей получена из генетики и биохимии мышей: идентификация гликопротеинов zona с рецепторной активностью для сперматозоидов, демонстрация того, что IZUMO1 необходим для слияния сперматозоидов с яйцеклетками, и открытие JUNO как его партнера со стороны яйцеклетки. Поскольку ключевые эксперименты проводились на мышах, в литературе отмечается, что человеческий путь в целом консервативен, но не идентичен.

History

Работа двадцатого века установила zona pellucida как место видоспецифического связывания сперматозоидов, при этом Блейл и Вассерман идентифицировали гликопротеиновый рецептор для сперматозоидов в 1980 году. Молекулярная основа слияния мембран была прояснена, когда Иноуэ и коллеги показали в 2005 году, что белок сперматозоидов Izumo необходим для слияния, а когда Бианки и коллеги идентифицировали JUNO как его рецептор яйцеклетки в 2014 году, завершив давно искомую пару распознавания.

Key figures

• Paul M. Wassarman
• Masaru Okabe
• Naokazu Inoue
• Gavin J. Wright
• Jeffrey D. Bleil

Seminal works

• bleil-wassarman-1980
• inoue-2005
• bianchi-2014

Frequently asked questions

Что препятствует оплодотворению яйцеклетки более чем одним сперматозоидом?

Слияние первого сперматозоида запускает кортикальную реакцию и изменения в zona pellucida, которые вместе образуют блок полиспермии, предотвращая связывание или слияние дополнительных сперматозоидов.

Что такое IZUMO1 и JUNO?

IZUMO1 — это белок на поверхности сперматозоида, а JUNO — его рецептор на поверхности яйцеклетки; их связывание необходимо для слияния мембран сперматозоида и яйцеклетки во время оплодотворения.