Контактные взаимодействия гамет

Как следует из названия, данная стадия начинается с момента контакта сперматозоида с третичной оболочкой яйцеклетки.

Первым ее этапом является акросомная реакция (рис. 12).

Рис. 12. Акросомная реакция спермия морского ежа (по Гилберту, 1993): 1 — акросомная мембрана; 2 — плазматическая мембрана спермия; 3 — глобулярный актин; 4 — акросомные ферменты;5 — актиновые микрофиламенты; 6 — акросомный вырост

У морского ежа ее инициируют сульфатированные полисахариды студенистой оболочки — вызывают поступление Ca²+ в головку спермия. Это приводит к запуску процесса экзоцитоза, в результате которого акросомная мембрана сливается с цитоплазматической мембраной спермия и содержимое акросомного пузырька (прежде всего литические ферменты) выделяется в окружающую среду. Помимо этого активируется Na⁺/Н⁺-обменник, что приводит к снижению внутриклеточной концентрации протонов.

В результате повышения внутриклеточного pH наблюдается усиление полимеризации глобулярного актина и формирование актиновых филаментов, т. е. образование акросомного выроста. Помимо этого высокий уровень pH активирует динеиновую АТФ-азу в шейке спермия, что приводит к увеличению подвижности спермия. Однако удлинение акросомального выроста связано не только с полимеризацией актина. Приток внутрь клетки ионов кальция, натрия и хлора повышает количество осмотически активных молекул в головке спермия, что приводит к притоку в него воды. Вызванное этим резкое повышение гидростатического давления, вероятно, также способствует удлинению акросомального выроста.

Второй этап контактного взаимодействия гамет связан с узнаванием спермия и яйца.

На поверхности формирующегося акросомного выроста располагается белок (биндин), ответственный за видоспецифичное узнавание у морских ежей. На желточной оболочке яйца находится гликопротеиновый комплекс, способный образовывать связи с биндином. Таким образом, узнавание гамет у морского ежа происходит на двух уровнях: активации акросомной реакции и прикрепления спермия к желточной оболочке.

Контактные взаимодействия гамет у млекопитающих имеют ряд особенностей, связанных с наличием у них внутреннего оплодотворения. При этом половые пути самки принимают активное участие в процессе оплодотворения.

Спермии млекопитающих сразу после эякуляции не способны к акросомной реакции, для этого они должны какое-то время находиться в половых путях самки. Так, лизин, содержащийся в сперматозоидах всех млекопитающих и разрушающий прозрачную оболочку (так называемый акролизин), активируется только под действием гликопротеина из половых путей самки. Условия, требующиеся для капацитации (приобретение спер мием оплодотворяющей способности), варьируют в зависимости от вида.

Природа процесса капацитации заключается:

• в изменении структуры клеточной мембраны;

• удалении с поверхности спермия особых факторов, так называемых coating factors, которые, оставаясь на поверхности, препятствуют оплодотворению.

Перестройки клеточной мембраны связаны с изменением соотношения холестерин:фосфолипиды. Снижение этого соотношения в ходе капацитации обусловлено уменьшением содержания холестерина — молекулы альбумина, имеющиеся в половых путях самки, способны отнимать холестерин у спермия. В результате происходит дестабилизация мембраны акросомного пузырька и как следствие возникает возможность осуществления акросомной реакции.

Поверхность спермия содержит фермент гликозилтрансферазу, способную узнавать концевые остатки N-ацетилглюкозамина на прозрачной оболочке яйцеклетки (рис. 13).

В спермиях, не прошедших капацитации, активные центры этого фермента блокированы связанными с их поверхностью углеводами, включающими остатки N-ацетилглюкозамина (NAr) и галактозы (Гал). При капацитации эти углеводы отделяются от поверхности спермия, освобождая активные центры галактозилтрансфераз.

Теперь галактозилтрансферазы могут узнавать N-ацетилглюкозаминовые остатки в молекуле гликопротеина, расположенного на поверхности прозрачной оболочки и представляющего, по сути, рецептор спермия.

У млекопитающих активация сперматозоида не сопровождается ни об­разованием микроворсинок, ни образованием акросомного выроста. У них акросомная реакция заключается в диссоциации наружной мембраны головки сперматозоида и мембраны акросомы, но не на апикальной поверхности, а на поверхности, расположенной вдоль головки сперматозоида. Это связано с тем, что сперматозоид контактирует с яйцом не вершиной, а боком. Далее ферменты акросомы растворяют клетки лучистого венца, после чего сперматозоид вступает в контакт с блестящей оболочкой.

-

Рис. 13. Модель узнавания спермием и яйцом друг друга у млекопитающих (модель капацитации) (по Гилберту, 1993): 1 — спермий, не прошедший капацитации; 2 — капацитированный спермий со свободной гликозилтрансферазой; 3 — капацитированный спермий, при­крепляющийся к NA^-остаткам гликопротеина zona pellucida

Блестящая оболочка яйцеклетки образована тремя типами белков: ZP1, ZP2 и ZP3. Последние два белка расположены параллельно поверхности яйца, а ZP1 сшивает эти белки, находясь перпендикулярно по отношению к ZP2 и ZP3. Контакт с ZP3 осуществляется при взаимодействии с тремя типами рецепторов спермия: терминальной галактозой, N-ацетилглюкозамином, гликопротеином плазматической мембраны и составляет первую часть акросомной реакции. Затем происходит выделение проакрозина (протеолитический фермент акросомы), который, взаимодействуя с ZP2, лизирует блестящую оболочку.

Таким образом достигается контакт задней мембраны акросомы и мембраны яйца. Молекулы, участвующие в процессе распознавания у млекопитающих, локализованы в плазматической мембране спермия, тогда как у морских ежей они располагаются в мембране акросомы. Заканчивается реакция активации сперматозоида слипанием задней мембраны акросомы спермия и мембраны яйцеклетки, их разрывом и соединением свободных концов.

В результате у яйца и сперматозоида формируется единая наружная мембрана, ограничивающая канал, через который ядро и проксимальная центриоль сперматозоида проникают в цитоплазму яйцеклетки.