การปฏิสนธิและการก่อตัวของไซโกต

การปฏิสนธิคือการรวมตัวกันของอสุจิกับเซลล์ไข่ทุติยภูมิ ซึ่งเป็นการฟื้นฟูจำนวนโครโมโซมแบบดิพลอยด์และสร้างไซโกต ซึ่งเป็นเซลล์เดี่ยวที่สิ่งมีชีวิตใหม่จะพัฒนาขึ้น กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่ประสานงานกันหลายอย่างที่นำเซลล์สืบพันธุ์มารวมกัน ทำให้แน่ใจว่ามีอสุจิเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่เข้าสู่เซลล์ไข่ และกระตุ้นวงจรเซลล์ของเซลล์ไข่ขึ้นใหม่

Definition

การปฏิสนธิคือกระบวนการที่อสุจิและเซลล์ไข่รวมตัวกันเพื่อสร้างไซโกตแบบดิพลอยด์ ซึ่งรวมถึงการจดจำและการรวมตัวกันของอสุจิกับเซลล์ไข่ การป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิหลายตัว การกระตุ้นเซลล์ไข่และการสิ้นสุดการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และการรวมกันของโปรนิวเคลียสจากแม่และพ่อ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมลำดับของการปฏิสนธิ ตั้งแต่การปรับสภาพอสุจิ (sperm capacitation) และปฏิกิริยาอะโครโซม (acrosome reaction) ไปจนถึงการเจาะผ่านชั้นหุ้มเซลล์ไข่ การรวมตัวของเซลล์สืบพันธุ์ การป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิหลายตัว (block to polyspermy) การกระตุ้นเซลล์ไข่ การสิ้นสุดการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และการรวมตัวกันของจีโนมจากพ่อแม่เพื่อสร้างไซโกต เนื้อหานี้เป็นเอกสารอ้างอิงทางการศึกษาในสาขากายวิภาคศาสตร์พัฒนาการ และไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์เกี่ยวกับการเจริญพันธุ์

Core questions

• อสุจิและเซลล์ไข่จดจำและรวมตัวกันได้อย่างไร?
• เซลล์ไข่ป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิมากกว่าหนึ่งตัวได้อย่างไร?
• การปฏิสนธิกระตุ้นเซลล์ไข่และฟื้นฟูจีโนมแบบดิพลอยด์เพื่อสร้างไซโกตได้อย่างไร?

Key concepts

• การปรับสภาพอสุจิ (Capacitation)
• ปฏิกิริยาอะโครโซม (Acrosome reaction)
• โซนาเพลลูซิดาและการจดจำอสุจิ-เซลล์ไข่ (Zona pellucida and sperm-egg recognition)
• การรวมตัวของเยื่อหุ้มเซลล์สืบพันธุ์ (Gamete membrane fusion)
• การป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิหลายตัว (Block to polyspermy) (ปฏิกิริยาโซนาและคอร์ติคัล)
• การกระตุ้นเซลล์ไข่และการส่งสัญญาณแคลเซียม (Oocyte activation and calcium signaling)
• โปรนิวเคลียสและการรวมตัวของนิวเคลียส (Pronuclei and syngamy)
• ไซโกต (Zygote)

Mechanisms

ก่อนการปฏิสนธิ อสุจิจะผ่านกระบวนการปรับสภาพ (capacitation) ในอวัยวะสืบพันธุ์เพศหญิง ซึ่งทำให้มีความสามารถในการปฏิสนธิ เมื่อไปถึงเซลล์ไข่ อสุจิจะเจาะผ่านคิวมูลัส (cumulus) และจับกับโซนาเพลลูซิดา (zona pellucida) ซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยาอะโครโซม (acrosome reaction) ที่ปล่อยเอนไซม์ทำให้อสุจิสามารถผ่านโซนาได้ จากนั้นเยื่อหุ้มเซลล์ของอสุจิและเซลล์ไข่จะรวมตัวกัน การรวมตัวและปัจจัยที่มาจากอสุจิจะกระตุ้นการทำงานของเซลล์ไข่ ซึ่งสังเกตได้จากการแกว่งตัวของแคลเซียมภายในเซลล์ที่ขับเคลื่อนปฏิกิริยาคอร์ติคัล (cortical reaction) ซึ่งร่วมกับการปรับเปลี่ยนโซนาจะสร้างการป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิหลายตัว (block to polyspermy) และป้องกันไม่ให้อสุจิตัวอื่นเข้ามา การกระตุ้นยังปลดปล่อยเซลล์ไข่ออกจากภาวะหยุดนิ่งของการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ทำให้เซลล์ไข่สิ้นสุดการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสครั้งที่สอง โดยขับโพลาร์บอดีที่สองออกมา โครโมโซมจากแม่และพ่อจะสร้างโปรนิวเคลียส (pronuclei) ที่จำลองดีเอ็นเอของพวกมันและมารวมกันเมื่อไซโกตเข้าสู่การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสครั้งแรก ซึ่งเป็นการฟื้นฟูภาวะดิพลอยด์และเริ่มต้นการพัฒนาของตัวอ่อน

Clinical relevance

ชีววิทยาของการปฏิสนธิเป็นพื้นฐานของการตั้งครรภ์ตามธรรมชาติและเทคนิคช่วยการเจริญพันธุ์ และความล้มเหลวในขั้นตอนเฉพาะมีความเกี่ยวข้องกับภาวะมีบุตรยากบางรูปแบบ หัวข้อนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงพื้นฐานเกี่ยวกับวิธีการปฏิสนธิ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ขั้นตอนเชิงพรรณนาของการปฏิสนธิของมนุษย์ได้รับการรวบรวมไว้ในตำราวิชาการด้านคัพภวิทยามาตรฐาน ในขณะที่ชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุลของการปฏิสัมพันธ์ของเซลล์สืบพันธุ์ การป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิหลายตัว และการกระตุ้นเซลล์ไข่ ได้รับการสรุปไว้ในบทความวิจารณ์ที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ

History

การรวมตัวกันของอสุจิและเซลล์ไข่เป็นพื้นฐานของการปฏิสนธิได้รับการยืนยันโดยการใช้กล้องจุลทรรศน์ในศตวรรษที่สิบเก้า และงานวิจัยในศตวรรษที่ยี่สิบได้กำหนดกระบวนการปรับสภาพอสุจิ ปฏิกิริยาอะโครโซม และปฏิกิริยาคอร์ติคัล การศึกษาทางโมเลกุลในภายหลังได้ระบุลักษณะของการจดจำเซลล์สืบพันธุ์และการกระตุ้นเซลล์ไข่ที่ขึ้นกับแคลเซียมซึ่งเริ่มต้นการพัฒนาใหม่

Seminal works

• clift-schuh-2013
• evans-florman-2002

Frequently asked questions

ผลผลิตของการปฏิสนธิคืออะไร?

ไซโกต ซึ่งเป็นเซลล์ดิพลอยด์เดี่ยวที่เกิดจากการรวมตัวกันของอสุจิและเซลล์ไข่ ซึ่งเริ่มต้นการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสของการแบ่งตัว

เซลล์ไข่หยุดไม่ให้อสุจิมากกว่าหนึ่งตัวปฏิสนธิได้อย่างไร?

การรวมตัวกันของอสุจิ-เซลล์ไข่จะกระตุ้นปฏิกิริยาคอร์ติคัลที่ขับเคลื่อนด้วยแคลเซียม ซึ่งปรับเปลี่ยนโซนาเพลลูซิดาและเยื่อหุ้มเซลล์ไข่ ทำให้เกิดการป้องกันการปฏิสนธิโดยอสุจิหลายตัว