Специфические молекулярные триггеры для хемотаксиса и гиперактивации в сперматозоидах млекопитающих остаются труднодостижимыми

Не смотря на интенсивные исследования гиперактивации, начавшиеся в 1970 г.г. физиологический фактор, который запускает (триггирует) гиперактивацию in vivo, остается неопределенным. Гипреактивация возникает в перешейке (узком проходе) яйцевода до овуляции (15, 25), таким образом, по крайней мере, один триггер должен быть в наличии внутри превуолярного яйцевода.

Открытие CATSPER каналов в сперматозоидах обеспечило новыми перспективами в исследовании этой ткани. Известно 4 гена CATSPER (CATSPER 1 - 4), кодирующие белки, структурно сходные по субъединицам обычных потенциал-зависимых катионных каналов. Сперматозоиды от самцов мышей, которые являются нулевыми мутантами по любому из 4 известных генов CATSPER, не могут гиперактивироваться, так как для формирования канала необходмы все 4 гена (26, 27). CATSPER каналы активируются деполяризацией в щелочной среде (28, 29), и поэтому изменение ионного окружения в яйцеводе, особенно увеличение рН жидкости яйцевода, может активировать CATSPER каналы и повышать внутриклеточный рН, чтобы инициировать гиперактивацию. У макак резус , у которых измеряли рН в просвете яйцеводов, рН в ходе превуолярной фазы достигала 7,1 – 7,3, и увеличивалась до 7,5 – 7,8 при овуляции (30); однако гиперактивация могла возникать до этого повышения.

У различных морских беспозвоночных идентифицирован ряд хемоаттрактантов, которые выстроились в ряд от аминокислот и пептидов до липидов и сульфатированные стероиды. Видовая специфичность хемотаатрактантов высокая у некоторых видов. У млекопитающих некоторые предполагаемые хемоаттрактанты не имеют видовой специфиности (35), тогда как другие не теряют ее, как описано ниже. Конечно, видовая специфичность у млекопитающих имеет меньшее значение, чем у морских беспозвоночных, которые разбрасывают свои гаметы в воде.

Фолликулярная жидкость человека (6,7, 36 -38) или среда, обусловленная клетками cumulus (39, 40), привлекает сперматозоиды. Считается, что прогестерон является первичным активным агентом в фолликулярной жидкости (38, 41, 42) и клетки cumulus секрктируют прогестерон (43); поэтому внутри и вокруг cumulus mass в яйцеводе может образовываться градиент прогестерона. Показано, что это градиент вызывает хемоаттрактивное поведение у сперматозоидов человека (44) и кролика (42). Показано, что градиент прогестерона в области пикомолярных концентраций или до микромолярных уровней вызывает хемотаксис (44 -46). Тем не менее, в одном из исследований показали, что в фолликулярной жидкости присутствуют другие факторы, кроме прогестерона, которые также действуют как хемоаттрактанты. В этом исследовании хемотактсическое поведение сперматозоидов человека определяли в фолликулярной жидкости, из которой убрали стероиды (47).

Существуют две проблемы, связанные с демонстрацией того, что прогестерон является хемоаттрактантом. Во-первых, видели только низкое процентное содержание сперматозоидов, которые ориентировались в хемотаксическом градиенте прогестерона (13,14), требуя тщательного статистического анализа, чтобы продемонстрировать, что реакция значима. Во-вторых, показано, что прогестерон в концентрациях от микромолей до миллимолей индуцирует акросомальные реакции в сперматозоидах человеака и мышей (43, 48), и существуют доказательства, что высокие уровни прогестерона также вовлекаются в прайминг (подготовка, начало события) сперматозоида , чтобы испытать акросомальные реакции, стимулируемые белками зоны pellucida (48 – 50). Когда сперматозоид испытывает акросомальную реакцию, акросомальная область головки становится особенно липким и может, таким образом, заставить сперматозоиды аккумулироваться к источнику градиента прогестерона. Тем не менее, вполне убедительно, что низкие уровни прогестерона в яйцеводе или периферической cumulus mass могут функционировать при хемотаксисе, а более высокие уровни более глубоко в cumulu mass могут подготавливать или индуцировать акросомальные реакции.

Существует также доказательство, что со сперматозоидами млекопитающих в качестве хемоаттрактантов взаимодействют одоранто-подобные молекулы. Исследования по иммуномаркированию показали, что рецепторы к одорантам локализуются в основании флагеллы или в средней части флагеллы сперматозоидов зрелой собаки (51) и крысы (52). Рецепторы к одорантам, специфическим для семенников человека, идентифицировали как hOR17. Показали, что лиганд для этого рецептора, буржонал, заставляет сперматозоид человека плыть по градиенту (12, 53). В сперматозоидах мышей идентифицировали рецептор к одоранту с помощью известного лиганда лираля, который является аналогом буржонала. В этом исследовании видели, что сперматозоиды аккумулировали вокруг кончика микропипетки, содержащей лираль; однако, некоторую аккумуляцию приписывали иммобилизации сперматозоидов высокими концентрациями лираля (54). Предполлжижи, что роль этих одорантов в качестве хемоаттрактанотов не продвинулась вперед и не подтвердилась другими лабораториями с 2003 и 2004 года. Кроме того, буржонал и лираль являются цветочными продуктами, и эквмваленты у млекопитающих не идентифицированы. Отсуствие подтверждающих исследований и идентификации эквивалентов цеточных одорантов у млекопитающих заставляют сомневаться в роли одорантов в хемотаксисе сперматозоидов млекопитающих.