تفاعل الأكروسوم

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
تفاعل الأكروسوم على خلية قنفذ البحر

لكي يحدث الإخصاب بين الحيوان المنوي والبويضة ، يجب أن يندمج الحيوان المنوي أولاً مع الغشاء البلازمي للبويضة، ثم يخترقها لتخصيبها. وبينما يُعدّ اندماج الحيوان المنوي مع الغشاء البلازمي للبويضة عمليةً سهلةً نسبيًا، فإن اختراق الطبقات الواقية للبويضة، كالمنطقة الشفافة ، يُمثّل تحديًا كبيرًا. لذا، تخضع الحيوانات المنوية لعملية تُعرف بتفاعل الأكروسوم ، وهو التفاعل الذي يحدث في الأكروسوم الخاص بالحيوان المنوي أثناء اقترابه من البويضة.

الأكروسوم هو عُضَيّة مُحاطة بغشاء، من أصل جهاز غولجي ، ويقع عادةً في طرف رأس الحيوان المنوي الناضج، ويحتوي على مجموعة متنوعة من الإنزيمات والمستضدات اللازمة للإخصاب. كان يُطلق عليه سابقًا اسم "الجسم القمي" نظرًا لموقعه، أو "المثقب" على افتراض أنه قد يُساعد الحيوان المنوي على اختراق البويضة. [ 1 ]

تفاعل الأكروسوم

عندما يقترب الحيوان المنوي من المنطقة الشفافة للبويضة، وهي ضرورية لبدء تفاعل الأكروسوم، يندمج الغشاء المحيط بالأكروسوم مع الغشاء البلازمي لرأس الحيوان المنوي، كاشفًا محتويات الأكروسوم. تشمل هذه المحتويات مستضدات سطحية ضرورية للارتباط بغشاء خلية البويضة، والعديد من الإنزيمات المسؤولة عن اختراق الغلاف السميك للبويضة والسماح بحدوث الإخصاب. [ 2 ]

الاختلافات بين الأنواع

توجد اختلافات كبيرة بين الأنواع في شكل ونتائج تفاعل الأكروسوم. في العديد من الأنواع، تم تحديد محفز تفاعل الأكروسوم في طبقة تحيط بالبويضة.

شوكيات الجلد

في بعض شوكيات الجلد، يتشكل نتوء (الزوائد الأكروسومية) عند قمة رأس الحيوان المنوي، مدعومًا بنواة من خيوط الأكتين الدقيقة. يندمج الغشاء الموجود في طرف الزوائد الأكروسومية مع الغشاء البلازمي للبويضة.

في بعض شوكيات الجلد، بما في ذلك نجم البحر وقنافذ البحر ، يحتوي جزء كبير من محتوى الأكروسوم المكشوف على بروتين يمسك الحيوانات المنوية مؤقتًا على سطح البويضة.

الثدييات

في الثدييات، يُطلق تفاعل الأكروسوم إنزيم الهيالورونيداز والأكروسين ؛ ودورهما في الإخصاب غير واضح حتى الآن. يبدأ تفاعل الأكروسوم عندما يتلامس الحيوان المنوي مع الغشاء الشفاف للبويضة. عند التلامس، تبدأ إنزيمات الأكروسوم بالذوبان، ويتلامس خيط الأكتين مع الغشاء الشفاف. بمجرد التقاءهما، يحدث تدفق للكالسيوم، مما يُسبب سلسلة من الإشارات. ثم تندمج الحبيبات القشرية داخل البويضة مع الغشاء الخارجي، ويحدث تفاعل حجب سريع.

علاوة على ذلك، تندمج الحبيبات القشرية داخل البويضة مع الغشاء الخارجي، مما يؤدي إلى بدء تفاعل انسداد سريع. يُغير هذا التفاعل جزءًا من غشاء بلازما الحيوان المنوي الموجود مسبقًا، مما يُسهل اندماجه مع غشاء بلازما البويضة.

يتضمن اختبار اختراق الحيوانات المنوية اختبار تفاعل الأكروسوم الذي يقيس مدى كفاءة الحيوانات المنوية في عملية الإخصاب. الحيوانات المنوية التي لا تستطيع إتمام تفاعل الأكروسوم بشكل صحيح لن تتمكن من تخصيب البويضة. مع ذلك، لا تحدث هذه المشكلة إلا لدى حوالي 5% من الرجال الذين يخضعون لهذا الاختبار. يُعد هذا الاختبار مكلفًا نسبيًا، كما أنه لا يوفر سوى معلومات محدودة حول خصوبة الرجل. [ 3 ]

في حالات أخرى، كما هو الحال في فأر الخشب Apodemus sylvaticus ، وُجد أن تفاعلات الأكروسوم المبكرة تسبب زيادة في حركة تجمعات الحيوانات المنوية مما يعزز الإخصاب. [ 4 ]

العملية

يحدث تفاعل الأكروسوم عادةً في أمبولة قناة فالوب ، وهي موقع الإخصاب، عندما يخترق الحيوان المنوي البويضة الثانوية. وتُهيئ أحداث سابقة هذا التفاعل. تخضع خلية الحيوان المنوي لسلسلة من التغيرات، بما في ذلك اكتساب نمط حركة مفرط النشاط، حيث يُنتج سوطه حركات قوية تشبه السوط، دافعًا الحيوان المنوي عبر قناة عنق الرحم وتجويف الرحم حتى يصل إلى برزخ قناة فالوب. وتساعد آليات مختلفة، بما في ذلك الانجذاب الكيميائي ، الحيوان المنوي على الاقتراب من البويضة في أمبولة قناة فالوب. وبمجرد اقترابه، ترتبط البروتينات السكرية الموجودة على السطح الخارجي للحيوان المنوي بالبروتينات السكرية الموجودة على الغشاء الشفاف للبويضة.

الحيوانات المنوية التي لا تبدأ تفاعل الأكروسوم قبل الوصول إلى المنطقة الشفافة لا تستطيع اختراقها. وبما أن تفاعل الأكروسوم قد حدث بالفعل، فإن الحيوانات المنوية تستطيع اختراق المنطقة الشفافة بفعل الحركة الميكانيكية للذيل، وليس بسبب تفاعل الأكروسوم نفسه. [ 5 ]

تتمثل المرحلة الأولى في اختراق الإكليل الإشعاعي، وذلك بإطلاق إنزيم الهيالورونيداز من الجسيم القمي لهضم الخلايا الحاضنة المحيطة بالبويضة، وكشف الأكروسين المرتبط بالغشاء الداخلي للحيوان المنوي. تُغمر الخلايا الحاضنة في مادة هلامية تتكون أساسًا من حمض الهيالورونيك ، وتتطور في المبيض مع البويضة وتدعمها أثناء نموها. يجب أن يحدث تفاعل الجسيم القمي قبل أن تصل خلية الحيوان المنوي إلى المنطقة الشفافة. [ 5 ]

بمجرد انكشاف الأكروسين، يقوم بهضم الغشاء الشفاف وغشاء البويضة، مما يسمح باختراقها. ثم يندمج جزء من غشاء خلية الحيوان المنوي مع غشاء البويضة، وتغوص محتويات رأس الحيوان المنوي داخلها. في الفئران، ثبت أن ZP3، أحد البروتينات المكونة للغشاء الشفاف، يرتبط بجزيء شريك (مستقبلات β1,4-غالاكتوزيل ترانسفيراز ) على الحيوان المنوي. هذه الآلية، التي تشبه القفل والمفتاح، خاصة بكل نوع، وتمنع اندماج الحيوانات المنوية والبويضة من أنواع مختلفة. كما يُطلق الغشاء الشفاف حبيبات الكالسيوم لمنع ارتباط حيوانات منوية أخرى. تشير بعض الأدلة إلى أن هذا الارتباط هو ما يحفز الجسم القمي على إطلاق الإنزيمات التي تسمح للحيوان المنوي بالاندماج مع البويضة. من المحتمل وجود آلية مماثلة في الثدييات الأخرى، ولكن تنوع بروتينات الغشاء الشفاف بين الأنواع يعني أن البروتين والمستقبل المعنيين قد يختلفان.

تُشير أدلة علمية حديثة إلى أن تفاعل الأكروسوم ضروري لكشف بروتين يُسمى IZUMO1 على سطح الحيوان المنوي؛ فبدون هذا التفاعل، يستطيع الحيوان المنوي اختراق الغشاء الشفاف للبويضة، لكنه لا يستطيع الاندماج معها. [ 6 ] وكما لوحظ في الدراسات التي أُجريت على الفئران، يرتبط IZUMO1 ببروتين JUNO الموجود على سطح البويضة ، وبمجرد ارتباطهما، يندمج الحيوان المنوي والبويضة معًا لتكوين نواتين أوليّتين. [ 7 ] [ 8 ] تُزوّد ​​هاتان النواتان الأوليتان الزيجوت بالمادة الوراثية اللازمة لتكوين الجنين. إضافةً إلى ذلك، بمجرد اكتمال اندماج الحيوان المنوي والبويضة، يتم إطلاق إنزيم فوسفوليباز C زيتا من الحيوان المنوي.

بعد اختراق البويضة واندماجها، إذا سارت الأمور بشكل طبيعي، تبدأ عملية تنشيط البويضة بمساعدة بروتينات مثل فوسفوليباز سي زيتا، ويُقال حينها إن البويضة قد نُشّطت . يُعتقد أن هذا التنشيط يحدث بفعل بروتين فوسفوليباز سي زيتا. تخضع البويضة لانقسامها الميوزي الثانوي، وتندمج النواتان الأحاديتان (الأبوية والأمومية) لتكوين الزيجوت . ولمنع تعدد الإخصاب وتقليل احتمالية إنتاج زيجوت ثلاثي الصيغة الصبغية ، تُحدث عدة تغييرات في أغشية خلايا البويضة تجعلها غير قابلة للاختراق بعد فترة وجيزة من دخول أول حيوان منوي إلى البويضة (مثل الفقدان السريع لبروتين جونو). [ 8 ]

تفاعل الأكروسوم التلقائي

يمكن للحيوانات المنوية أن تبدأ تفاعل الأكروسوم قبل وصولها إلى المنطقة الشفافة بوقت كافٍ، وكذلك في المختبر في وسط زراعة مناسب. ويُشار إلى هذا باسم تفاعل الأكروسوم التلقائي (SAR).

بات من المعروف الآن أن هذه الظاهرة، من وجهة نظر معينة، طبيعية فسيولوجيًا لدى جميع أنواع الثدييات. ويحدث تفاعل الأكروسوم نتيجة مرور البويضة عبر خلايا الكومولوس أوفوروس ، بوساطة الهرمونات التي تفرزها هذه الخلايا (مثل البروجسترون ، وLPA ، وLPC ). [ 6 ] [ 9 ] [ 10 ]

ومع ذلك، فإن الدور الفسيولوجي للتفاعل الأكروسومي التلقائي الحقيقي، الذي يحدث قبل هذه النقطة في الجهاز التناسلي الأنثوي، أو في المختبر ، هو ظاهرة منفصلة.

في الفئران، ثبت أن هذه العملية طبيعية وشائعة من الناحية الفسيولوجية. فالحيوانات المنوية للفئران التي خضعت لتفاعل الأكروسوم التلقائي بالكامل لا تزال قادرة على تخصيب البويضات. [ 6 ] علاوة على ذلك، فإن معدل تفاعل الأكروسوم التلقائي أعلى في الأنواع الأكثر تعددًا في التزاوج، مثل سحلية أبوميدوس سيلفاتيكوس ، التي تواجه مستوى عالٍ من منافسة الحيوانات المنوية. [ 11 ]

أما في البشر، فلا يزال موضع بدء تفاعل الأكروسوم في الإخصاب الفيزيولوجي محل جدل، وذلك بسبب القيود التجريبية (على سبيل المثال، قد تستخدم الدراسات على الحيوانات فئرانًا معدلة وراثيًا ذات حيوانات منوية متألقة، بينما لا تستطيع الدراسات على البشر فعل ذلك). [ 10 ]

أُجريت دراسات بهدف ربط معدل SAR في المختبر في الحيوانات المنوية البشرية بجودة الحيوانات المنوية ومعدل الإخصاب، ولكن حتى عام 2018، كانت النتائج الإجمالية متباينة، ولا يبدو أنها ذات فائدة سريرية. [ 12 ]

في التخصيب في المختبر

عند استخدام الحقن المجهري للبويضة (ICSI) في التلقيح الصناعي ، تكون نسبة انغراس البويضة أعلى في البويضات المحقونة بحيوانات منوية خضعت لتفاعل الأكروسوم (حوالي 40%) مقارنةً بتلك المحقونة بحيوانات منوية لم تخضع للتفاعل (حوالي 10%). أما عند الحقن بحيوانات منوية متفاعلة وغير متفاعلة، فتصل نسبة الانغراس إلى حوالي 25%. ويتبع معدل الولادة لكل دورة نفس النمط. [ 13 ]

يمكن تحفيز تفاعل الأكروسوم في المختبر بواسطة مواد قد تواجهها خلية الحيوانات المنوية بشكل طبيعي، مثل البروجسترون أو السائل الجريبي ، بالإضافة إلى أيونوفور الكالسيوم الأكثر شيوعًا A23187 .

تقدير

يمكن استخدام المجهر ثنائي الانكسار [ 13 ] ، أو قياس التدفق الخلوي [ 14 ] ، أو المجهر الفلوري لتقييم انفصال الأكروسوم أو "تفاعل الأكروسوم" في عينة منوية. يُجرى قياس التدفق الخلوي والمجهر الفلوري عادةً بعد التلوين باستخدام ليكتين مُفلور مثل FITC-PNA، أو FITC-PSA، أو FITC-ConA، أو جسم مضاد مُفلور مثل FITC-CD46. [ 15 ] تتميز الأجسام المضادة/الليكتينات بخصوصية عالية لأجزاء مختلفة من منطقة الأكروسوم، وترتبط فقط بموقع محدد (محتوى الأكروسوم/ الغشاء الداخلي/ الغشاء الخارجي). عند ارتباطها بجزيء فلوري، يمكن تصوير المناطق التي ارتبطت بها هذه المجسات. يمكن استخدام خلايا الحيوانات المنوية التي خضعت لتفاعلات أكروسوم مُستحثة اصطناعياً كضوابط إيجابية.

في المجهر الفلوري، تُحضّر مسحة من خلايا الحيوانات المنوية المغسولة، وتُجفف بالهواء، وتُنفذ أغشيتها، ثم تُصبغ. تُفحص هذه الشريحة تحت ضوء ذي طول موجي يُحفز تألق المجس إذا ارتبط بمنطقة الأكروسوم. يُختار ما لا يقل عن 200 خلية بشكل عشوائي، وتُصنف إما إلى خلايا سليمة الأكروسوم (تتألق باللون الأخضر الفاتح)، أو خلايا متفاعلة الأكروسوم (لا يوجد مجس، أو يوجد فقط في المنطقة الاستوائية). ثم يُعبّر عن ذلك كنسبة مئوية من إجمالي الخلايا المعدودة.

لتقييم الخلايا باستخدام قياس التدفق الخلوي، تُحضن الخلايا المغسولة مع المجس المختار، وقد تُمرر مرة أخرى، ثم تُؤخذ عينات منها في جهاز قياس التدفق الخلوي. بعد تحديد نطاق الخلايا وفقًا للتشتت الأمامي والجانبي، يمكن تحليل البيانات الناتجة (مثل مقارنة متوسط ​​شدة الفلورة). باستخدام هذه التقنية، يمكن أيضًا إضافة مجس لقياس حيوية الخلايا، مثل بروبيديوم يوديد (PI)، لاستبعاد الخلايا الميتة من تقييم الأكروسوم، نظرًا لأن العديد من الحيوانات المنوية تفقد الأكروسوم تلقائيًا عند موتها.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هيروهاشي، نوريتكا؛ ياناغيماتشي، ريوزو (2018-07-01). "تفاعل الأكروسوم في الحيوانات المنوية: موقعه ودوره في الإخصاب" . بيولوجيا التكاثر . 99 (1): 127-133 . doi : 10.1093/biolre/ioy045 . ISSN 1529-7268 . PMID 29462288 .  
  2. ↑ الحرم الجامعي السويسري الافتراضي. "الفصل 4، الإخصاب" . علم الأجنة البشري . جامعات فريبورغ ولوزان وبرن. مؤرشف من الأصل في 18 فبراير 2019. تم الاطلاع عليه في 18 فبراير 2017 .
  3. ↑ "طريقك إلى الخصوبة: تفاعل الأكروسوم" . 2007.
  4. ↑ مور، هاري؛ دفوراكوفا، كاترينا؛ جينكينز، نيكولاس؛ بريد، ويليام (2002). "تعاون استثنائي للحيوانات المنوية في فأر الخشب" ( ملف PDF) . مجلة نيتشر . 418 (6894): 174-177 . doi : 10.1038/nature00832 . PMID 12110888. S2CID 4413444 .  
  5. 1 2 إينوي، ن؛ ساتوح، ي؛ إيكاوا، م؛ أوكابي، م؛ ياناغيماتشي، ر (2011). "الحيوانات المنوية للفئران التي خضعت لتفاعل الأكروسوم، والمستخلصة من الفراغ المحيط بالبويضة، قادرة على تخصيب بويضات أخرى" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 108 (50): 20008-11 . Bibcode : 2011PNAS..10820008I . doi : 10.1073/pnas.1116965108 . PMC 3250175. PMID 22084105 .  
  6. 1 2 3 إيكاوا، ماساهيتو؛ إينوي، ناوكازو؛ بنهام، آدم م.؛ أوكابي، ماسارو (2010-04-01). "الإخصاب: رحلة الحيوان المنوي إلى البويضة وتفاعله معها" . مجلة التحقيقات السريرية . 120 (4): 984-994 . doi : 10.1172/JCI41585 . ISSN 0021-9738 . PMC 2846064. PMID 20364096 .   
  7. ↑ إينوي، ناوكازو؛ ساتوه، يوهكوه؛ إيكاوا، ماساهيتو؛ أوكابي، ماسارو؛ ياناغيماتشي، ريوزو (13 ديسمبر 2011). "الحيوانات المنوية للفئران التي خضعت لتفاعل الأكروسوم، والمستخلصة من الحيز المحيط بالبويضة، قادرة على تخصيب بويضات أخرى" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 108 (50): 20008-20011 . doi : 10.1073/pnas.1116965108 . ISSN 0027-8424 . PMC 3250175. PMID 22084105 .   
  8. بيانكي ، إنريكا؛ دو، بريندان؛ غولدينغ، ديفيد؛ رايت، غافين جيه. (24 أبريل 2014). "جونو هو مستقبل إيزومو في البويضة وهو ضروري لإخصاب الثدييات" . مجلة نيتشر . 508 (7497): 483-487 . Bibcode : 2014Natur.508..483B . doi : 10.1038/nature13203 . ISSN 0028-0836 . PMC 3998876. PMID 24739963 .   
  9. ^ بوساكوفا، تيريزا؛ توكستين، أنطونين؛ سيبكوفا، ناتاسا؛ سيمونيك، أوندريج. أداموسوفا، هانا؛ ألبريشتوفا، جانا؛ ألبريشت، توماس؛ بوساكوفا، زوزانا؛ دفوراكوفا-هورتوفا، كاترينا (2018/12/12). "نظرة جديدة على قدرة الحيوانات المنوية: آلية جديدة لإشارة 17β-استراديول" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 19 (12): 4011. دوى : 10.3390/ijms19124011 . ردمك 1422-0067 . بمك 6321110 . بميد 30545117 .   
  10. 1 2 غوميز توريس، ماريا خوسيه؛ جارسيا، إيفا ماريا؛ غيريرو، خايمي. المدينة المنورة، سونيا؛ إزكويردو ريكو، ماريا خوسيه؛ جيل إزكويردو، أنخيل؛ أوردونا، يسوع؛ سافيرون، ماريا؛ غونزاليس بروسي، ليوبولدو؛ عشرة، جورج؛ برنابيو، رافائيل (2015/11/09). "المستقلبات المشاركة في الاتصال الخلوي بين مجمع الركام والبويضة البشرية والحيوانات المنوية أثناء التخصيب في المختبر" . علم الأحياء الإنجابي والغدد الصماء . 13 : 123. دوى : 10.1186/s12958-015-0118-9 . ردمك 1477-7827 . بمك 4640411 . PMID 26553294 .   
  11. ↑ سيبكوفا، ناتاشا؛ ديد، لوكاس؛ فيسيلا، كاترينا؛ دفوراكوفا-هورتوفا، كاترينا (2014-02-01). "تقدم إعادة تموضع بروتين IZUMO1 في الحيوانات المنوية أثناء تفاعل الأكروسوم التلقائي" . التكاثر . 147 (2): 231-240 . doi : 10.1530/REP-13-0193 . ISSN 1741-7899 . PMID 24277869 .  
  12. ↑ شو، فانغ؛ غو، غانغغانغ؛ تشو، وينبينغ؛ فان، لي تشينغ (24 أغسطس/آب 2018). "اختبارات وظيفة الأكروسوم في الحيوانات المنوية البشرية تتنبأ بمعدل الإخصاب في المختبر: دراسة أترابية استرجاعية وتحليل تجميعي" . علم الأحياء التناسلية والغدد الصماء . 16 (1): 81. doi : 10.1186/s12958-018-0398-y . ISSN 1477-7827 . PMC 6109296. PMID 30143014 .   
  13. 1 2 جيانارولي، لوكا؛ ماجلي، م. كريستينا؛ فيراريتي، آنا ب؛ كريبا، أندور؛ لابي، ميكايلا؛ كابيتاني، سيرينا؛ باتشيتي، باتشيو (2010). "خصائص الانكسار المزدوج في رؤوس الحيوانات المنوية تسمح باختيار الحيوانات المنوية المتفاعلة للحقن المجهري للبويضة" . الخصوبة والعقم . 93 (3): 807-13 . doi : 10.1016/j.fertnstert.2008.10.024 . PMID 19064263 . 
  14. ↑ ميازاكي، ر؛ فوكودا، م؛ تاكيوتشي، هـ؛ إيتو، س؛ تاكادا، م (2009). "قياس التدفق الخلوي لتقييم الحيوانات المنوية المتفاعلة مع الأكروسوم" . مجلة أرشيفات علم الذكورة . 25 (3): 243-251 . doi : 10.3109/01485019008987613 . PMID 2285347 . 
  15. ↑ كارفر-وارد، ج. أ؛ موران-فيربيك، إ. م؛ هولاندرز، ج. م. ج (1997). " تحليل مقارن بالتدفق الخلوي لتفاعل الأكروسوم في الحيوانات المنوية البشرية باستخدام الأجسام المضادة CD46 واللكتينات" . مجلة التلقيح الاصطناعي وعلم الوراثة . 14 (2): 111-119 . doi : 10.1007/BF02765780 . PMC 3454831. PMID 9048242 .