Nové poznatky přinášejí naději pro neplodnost

Neschopností počít dítě přirozenou cestou trpí celosvětově minimálně 10 % partnerských párů. Nyní se otevírá nový směr bádání. Řešení by v budoucnosti mohl přinést nový směr výzkumu v roli enzymu akrosin. O akrosinu se sice dlouho předpokládalo, že je klíčový pro průnik spermie do vajíčka, ale jednoznačný důkaz tohoto procesu dosud chyběl a neznáme přesné mechanismy, z nichž vychází tento proces. Tento důkaz přinesl tým z japonské prestižní vědecké instituce RIKEN, jehož součástí byla i bioložka Helena Fulková z Ústavu experimentální medicíny AV ČR, která spolupracovala na vývoji vhodného, geneticky upraveného zvířecího modelu – křečka, který nahradil dosud využívaný myší model. Nové poznatky by mohly posunout vývoj asistované reprodukce.

Samčí zárodečné buňky mají jedinečnou vezikulární strukturu – akrosom, která obsahuje enzymy potřebné pro průnik spermie do vajíčka. Integrita akrosomu, tj. jeho celistvost a neporušenost, je důležitým požadavkem pro úspěšnou interakci pohlavních buněk. Jenom spermie s intaktním akrosomem se mohou vázat na vajíčko a podstoupit akrosomovou reakci, při které se uvolní dostatečné množství akrosinu. Vyskytne-li se v ejakulátu velký podíl spermií s nekvalitním akrosomem, přirozená fertilizační schopnost je snížená. Potom je vhodné použít některou z fertilizačních technik.

Během přirozeného oplodnění musí spermie nejprve proniknout obalem vajíčka (zona pellucida), než dosáhne jeho plazmatické membrány a dojde ke splynutí pohlavních buněk. Obecně se předpokládá, že spermie pronikají zónou mechanickou silou, podporovanou akrosomálními enzymy, které jsou vázány na vnitřní akrosomální membránu. Biofyzikální analýza naznačila, že síla vytvořená spermiemi sama o sobě nestačí k průniku zóny mechanicky. Z mnoha akrosomálních enzymů byl akrosin považován za hlavního hráče v tomto procesu, díky své silné hydrolyzační (rozkladné) aktivitě a rozšířené distribuci u savců. Důkaz, že je akrosin pro oplodnění zásadní, nemohli vědci dosud podpořit důkazem, protože jako tzv. zvířecí modely se totiž používají převážně myši. Pro tento zvířecí model je ale typické, že pro něj není akrosin při reprodukci potřeba.

Je možné, že myší spermie jsou výjimečné, protože se nespoléhají na akrosomální enzymy při pronikání do zóny, protože aktivita spermatického akrosinu je u myší slabší ve srovnání s jinými druhy savců, jako jsou potkani a křečci.

Předpokládalo se, že spermatické proteázy fungují jako „rozkladači“ zóny, ale studie genových knockoutů u myší nepodporovaly tento předpoklad. V této studii se vytvořili křečci bez akrosinu, hlavní akrosomální proteázy, aby prozkoumal svou roli v oplodnění in vivo i in vitro podmínkách. Překvapivě mutantní samci křečků byli úplně neplodní, protože jejich spermie nebyly schopny proniknout do zóny. Ukázalo se to, že alespoň u křečků je akrosin nezbytný pro pronikání spermií zónou.

Nicméně, embrya křečka jsou vysoce citlivá na podmínky in vitro, což by bránilo generování geneticky modifikovaných křečků. Aby byla tato překážka zdolána, byl použit nedávno vyvinutý in vivo systém pro editaci genů (i-GONAD) ke generování křečků s geny-KO. To umožnilo obejít všechny kroky in vitro manipulace s embryi, čímž se „výroba“ křečků s geny-KO stala technicky jednodušší a vysoce reprodukovatelnou. Cílem této studie bylo zjistit, zda je akrosin nezbytný pro pronikání spermií zónou a jak se spermie s akrosin-KO chovaly v in vivo i in vitro podmínkách.

ZÁVĚR

Z výsledků studie vyplývá, že enzym akrosin je nezbytný pro pronikání spermií skrz zonu pellucidu. Zanalyzovala se fertilizační schopnost spermií s akrosin-KO v in vitro podmínkách a výsledkem bylo, že za 5 hodin po inseminaci byla většina oocytů (asi 90 %) oplodněna normálními spermiemi, zatímco žádný nebyl oplodněn spermiemi s akrosinem-KO. Což vysvětlilo důvod důležitosti tohoto enzymu při oplodnění.

ZDROJ:

HIROSE, Michiko, et al. Acrosin is essential for sperm penetration through the zona pellucida in hamsters. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117.5: 2513-2518.

 

 

Máte otázky? Ptejte se!

Kontaktní informace