Thụ tinh và Hoạt hóa trứng

Cách tinh trùng và trứng nhận biết, gắn kết và hợp nhất, và cách tiếp xúc đó chuyển trứng từ trạng thái ngủ yên sang hợp tử phân chia tích cực.

Definition

Thụ tinh là quá trình tinh trùng và trứng nhận biết nhau, hợp nhất và kết hợp bộ gen của chúng để tạo thành hợp tử lưỡng bội; hoạt hóa trứng là tập hợp các thay đổi đi kèm — đáng chú ý là sự tăng canxi nội bào — chấm dứt trạng thái ngủ đông của trứng và kích hoạt sự khởi đầu của quá trình phát triển.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự nhận biết và gắn kết giao tử, phản ứng thể cực đầu, sự hợp nhất màng tinh trùng-trứng, các cơ chế ngăn chặn đa tinh trùng, và sự hoạt hóa chuyển hóa trứng do canxi thúc đẩy để khởi đầu sự phát triển. Nó cũng đề cập đến sự hợp nhất của hai bộ gen đơn bội để tạo thành hợp tử lưỡng bội. Các ứng dụng trong y học sinh sản được trình bày dưới dạng ý nghĩa hơn là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Tinh trùng và trứng của cùng một loài nhận biết và gắn kết với nhau như thế nào?
• Trứng ngăn chặn sự thụ tinh của nhiều hơn một tinh trùng bằng cách nào?
• Tín hiệu nào kích hoạt trứng và khởi động lại chu kỳ tế bào sau khi tinh trùng xâm nhập?
• Bộ gen của mẹ và cha kết hợp với nhau trong hợp tử như thế nào?

Key concepts

• Nhận biết giao tử đặc hiệu loài
• Phản ứng thể cực đầu
• Các cơ chế ngăn chặn đa tinh trùng nhanh và chậm
• Sóng canxi và hoạt hóa trứng
• Hợp nhất tiền nhân và khôi phục trạng thái lưỡng bội

Mechanisms

Tinh trùng đã được hoạt hóa gắn kết với lớp vỏ ngoại bào của trứng (màng trong suốt hoặc màng noãn hoàng) thông qua các thụ thể đặc hiệu loài và trải qua phản ứng thể cực đầu, giải phóng các enzyme cho phép xâm nhập. Sự hợp nhất màng đưa nhân tinh trùng vào và kích hoạt sự tăng canxi nội bào của trứng, thường là dưới dạng một làn sóng lan truyền. Tín hiệu canxi này thúc đẩy sự hoạt hóa trứng: sự xuất bào của các hạt vỏ trứng làm thay đổi lớp vỏ trứng để ngăn chặn tinh trùng bổ sung (cơ chế ngăn chặn đa tinh trùng chậm), bộ máy chuyển hóa và dịch mã được bật, và chu kỳ tế bào giảm phân tiếp tục. Các tiền nhân của tinh trùng và trứng sau đó sao chép DNA của chúng và kết hợp để khôi phục bộ gen lưỡng bội của hợp tử.

Clinical relevance

Các cơ chế nhận biết giao tử và hoạt hóa trứng là nền tảng cho các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản và giải thích một số trường hợp vô sinh và kết quả thụ tinh bất thường. Mục này mang tính giáo dục và không cung cấp hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Thụ tinh lần đầu tiên được mô tả bằng kính hiển vi vào thế kỷ XIX, khi sự hợp nhất của nhân tinh trùng và trứng được quan sát thấy ở cầu gai và các loài động vật biển khác; các nghiên cứu sau này đã xác định tín hiệu canxi và phản ứng vỏ trứng kích hoạt trứng.

Seminal works

• gilbert2016

Frequently asked questions

Tại sao thông thường chỉ có một tinh trùng thụ tinh với một trứng?

Thụ tinh kích hoạt các thay đổi điện nhanh và thay đổi cấu trúc chậm hơn trên bề mặt trứng — các cơ chế ngăn chặn đa tinh trùng — nhằm ngăn chặn tinh trùng bổ sung hợp nhất, để hợp tử giữ đúng số lượng nhiễm sắc thể.

Hoạt hóa trứng có nghĩa là gì?

Nó đề cập đến các thay đổi, đặc biệt là sự tăng canxi bên trong trứng, đánh thức trứng khỏi trạng thái ngừng phát triển và khởi động các sự kiện chuyển hóa và chu kỳ tế bào của quá trình phát triển.