Cau tao ty the va vai tro cua ty the o tinh trung. ty the la nha may cung cap nang luong cho te bao. Tinh trung de hoat dong duoc, dac biet la su van dong cua tinh trung khong the thieu duoc vai tro cua ty the. o chuyen de nay cung cap cho doc gia co cai nhin bao qua ve cau truc ty the tinh trung va vai tro cua no.
Trang 1I Cấu tạo cơ quan sinh dục nam
Cơ quan sinh dục nam bao gồm cơ quan sinh dục trong và ngoài Tinh hoàn là cơ quan sản xuất ra tinh trùng và hormone sinh dục nam giới (testosterone) Trong mỗi tinh hoàn có các ống sinh tinh xoắn Các ống sinh tinh này chứa 2 loại tế bào: tế bào mầm (tinh trùng chưa trưởng thành) và tế bào Sertoli (Hình 1)
Hình 1 Hình vẽ cắt ngang tinh hoàn thể hiện ống sinh tinh và tế bào Leydig ( theo hiệp hội nam học của Úc)
Nằm giữa các ống sinh tinh xoắn là tế bào Leydig Tế bào Sertoli nuôi dưỡng tế bào mầm, trong khi Leydig có trách nhiệm sản xuất testosterone (rất cần thiết cho quá trình sinh tinh) Dưới ảnh hưởng của tế bào Leydig và Sertoli, tế bào mầm phát triển thành tinh trùng trưởng thành Quá trình này diễn ra liên tục và cần 72-74 ngày Trong đó 50 ngày lưu lại trong tinh hoàn và thời gian còn lại nằm trong hệ thống ống tuyến sinh dục (mào tinh, ống dẫn tinh, túi tinh…) (Hình 2) Khi trưởng thành, tinh trùng di chuyển từ tinh hoàn đi qua hệ thống ống mào tinh ngoằn ngoèo (mào tinh là cơ quan nuôi dưỡng tinh trùng phát triển) Mặc dù lúc này tinh trùng đã có đuôi nhưng để có thể di chuyển bình thường chúng cần 18-24 giờ Chúng cần thêm 14 ngày để di chuyển qua mào tinh Từ mào tinh, tinh trùng đi qua ống dẫn tinh để vào túi tinh (một cơ quan sản xuất phần lớn các thành phần có trong tinh dịch)
Trang 2Hình 2 Cấu tạo cơ quan sinh dục nam (Brooks et al., 2001)
II Quá trình sinh tinh ở nam giới
Quá trình sinh tinh phụ thuộc trước hết vào sự hình thành và phát triển của tinh hoàn trong thời kỳ bào thai Vào tuần lễ thứ 4 của bào thai, xuất hiện gờ sinh dục Sự biệt hóa gờ sinh dục để hình thành tinh hoàn độc lập với sự hình thành các tế bào mầm sinh dục nguyên thủy Các tế bào mầm sinh dục nguyên thủy này
di cư tới gờ sinh dục Sự kết hợp giữa các thành phần khởi thủy này với tế bào Sertoli để hình thành dây trục tinh hoàn nguyên thủy Tại đây các tế bào mầm sinh dục nguyên thủy bắt đầu tăng sinh, biệt hóa thành các tiền tinh nguyên bào
và ngừng ở giai đoạn này Vào thời gian từ khi sinh ra đến 6 tháng tuổi, các tiền tinh nguyên bào tăng sinh, biệt hóa thành tinh nguyên bào và ngừng ở giai đoạn này Đến tuổi dậy thì các tinh nguyên bào bắt đầu nhiều lần phân chia tế bào và biệt hóa để tạo ra các tinh bào Tinh trùng được sinh ra từ các tinh bào trong các ống sinh tinh, sau đó chúng di chuyển vào mào tinh để trải qua giai đoạn trưởng
Trang 3thành cuối cùng trước khi xuất tinh Trong quá trình xuất tinh, từ mào tinh hoàn, tinh trùng phóng theo ống dẫn tinh, sau đó được trộn lẫn với các dịch tiết của tuyến tiền liệt (30%), túi tinh (60%), các tuyến hành niệu đạo (10%) và cuối cùng được tống ra ngoài qua đường niệu đạo Nếu không được xuất tinh, tinh trùng sẽ chết và được hấp thụ bởi biểu mô của mào tinh.
Từ khi nam giới đến tuổi dậy thì, một số tinh nguyên bào bước vào giảm phân và hiện tượng này xảy ra liên tục ở cá thể từ tuổi dậy thì cho đến khi chết Quá trình sinh tinh là một quá trình rất hiệu quả, mỗi ngày có từ vài chục đến vài trăm triệu tinh trùng được sinh ra ở mỗi tinh hoàn Nhưng quá trình thụ tinh là một quá trình không hiệu quả, khi hàng chục đến hàng trăm triệu tinh trùng được phóng vào đường sinh dục nữ để cuối cùng chỉ có 1 tinh trùng thực sự thụ tinh với trứng
Vì vậy nếu quá trình sinh tinh bị suy giảm, có thể dẫn đến vô sinh, vì số lượng và chất lượng tinh trùng giảm
Các tế bào sinh tinh trải qua nhiều lần phân bào nguyên nhiễm ở giai đoạn mà
tế bào có tên là tinh nguyên bào Các tinh nguyên bào, tinh bào thường xuyên ở trong trạng thái phân chia tế bào nên chúng rất nhạy cảm với những thay đổi về vật lý, hóa học và sinh học ở bên trong cũng như ở bên ngoài cơ thể Hai lần phân bào sau cùng của quá trình tạo giao tử là giảm phân Sau nhiều lần phân bào, tinh nguyên bào ngừng phân chia, tăng kích thước và được gọi là tinh bào I
Tinh bào I giảm nhiễm I để tạo nên hai tinh bào II Mỗi tinh bào II giảm nhiễm II để tạo ra 4 tinh tử (tiền tinh trùng) Tiền tinh trùng không có khả năng sinh sản, chúng biệt hóa thành tinh trùng qua một quá trình phức tạp (hình 3)
Trang 4Hình 3 Sự phát sinh tinh (từ Taber’s Medical dictionary, 2013)
Như vậy, mỗi tinh trùng cũng có bộ nhiễm sắc thể đơn bội và cũng có 2 loại tinh trùng: loại mang thể nhiễm sắc X và loại mang thể nhiễm sắc Y Như vậy, trong quá trình tạo giao tử, một tinh bào 1 với bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n= 46 qua quá trình giảm phân sinh ra 4 tinh trùng, mỗi tinh trùng mang bộ nhiễm sắc thể đơn bội n= 23, với 2 loại tinh trùng là 22,X và 22,Y Tinh trùng là những tế bào đã biệt hóa cao độ không còn khả năng sinh sản và có cấu trúc phức tạp
Việc nghiên cứu quá trình sinh tinh chẳng những để hiểu biết quá trình sinh sản ở người, nhằm mục đích điều trị bệnh lý vô sinh nam giới mà còn là cơ
Trang 5sở để nghiên cứu những biện pháp ngừa thai nam giới, góp phần thực hiện tốt kế hoạch hóa gia đình.
III Cấu tạo và vai trò ty thể tinh trùng
Hình 4 Cấu trúc ty thểMàng ngoài bao trùm toàn bộ ty thể, tạo nên ranh giới ngoài của nó Màng ngoài và màng trong cấu trúc gồm các lớp photpholipid kép được gắn với các protein, trông giống với màng tế bào điển hình Lớp màng ngoài bao bọc ty thể bao gồm 50% trọng lượng là photpholipid và chứa các enzyme hay men liên
hóa của epinephrine (adrenaline), phân hủy của tryptophan, và quá trình tổng hợp kéo dài chuỗi axit béo Lớp màng ngoài có chứa nhiều các protein tích hợp còn gọi là các porin hay các cổng, chúng có chứa bên trong một kênh tương đối lớn (khoảng 2-3 nm) và cho phép các ion và các phân tử nhỏ di chuyển ra vào ty thể Tuy nhiên các phân tử lớn không thể xuyên qua lớp màng ngoài được Lớp màng trong thì tạo thành các nếp gấp hay còn gọi là mào (cristae), hướng vào tâm Mào
Trang 6này là nơi chứa các nhà máy hay bộ phận cần thiết cho quá trình hô hấp hiếu khí hay hô hấp ái khí và tổng hợp ATP, và cấu trúc gấp nếp ấy giúp gia tăng diện tích lớp màng trong của ty thể Tuy nhiên lớp màng trong không có chứa các cổng porin nên không có tính thấm cao; hầu hết các ion và các phân tử cần phải
có chất vận chuyển đặc biệt để di chuyển vào bên trong khoang cơ bản hay khoang chứa chất cơ bản
Bên cạnh các enzymes, ty thể còn chứa các ribosome và nhiều phân
tử DNA Vì vậy ty thể có vật chất di tryền riêng của nó, và các nhà máy để sản xuất ra RNAvà protein chính nó DNA không thuộc nhiễm sắc thể này mã hóa cho một số nhỏ peptide của ty thể (13 peptide ở người) và các peptide này được gắn kết vào lớp màng trong, cùng với các polypeptide được mă hóa bởi các gen nằm trong nhân tế bào
2 Vai trò của ty thể trong tinh trùng
2.1 Giới thiệu
Tế bào cần rất nhiều năng lượng để duy trì sự sống: từ việc sao chép, sửa chửa các cấu trúc di truyền trong nhiễm sắc thể; tạo mới các thành phần cấu tạo trong tế bào, lấy thức ăn vào, thải chất bả ra, giữ cho độ pH và nồng độ ion được cân bằng, tinh trùng di chuyển… Nếu năng lượng không được cung cấp các phản ứng không thể xảy ra được và sự sống của tế bào sẽ ngừng lại Trong tế bào, sự
hô hấp tạo ra năng lượng để cung cấp cho tất cả các hoạt động của tế bào Vậy ATP được tổng hợp trong ty thể giúp tinh trùng di chuyển như thế nào? Quá trình phosphoryl hóa oxi hóa (oxidative phosphorylation: OXPHOS) và đường phân (glycolytic) đóng vai trò gì? (Elsevier Inc, 2007) Có nhiều quan điểm trong lĩnh vực nghiên cứu giao tử (Ford, 2006)
Đầu tiên, sự vận động của tinh trùng và sự co cơ là nguồn cung cấp ATP
cơ bản và khi nó cần đó là nguồn ATP thủy phân để thay thế nhiều con đường trao đổi chất cung cấp ATP và đó là ưu thế của một con đường nhất định tại một thời điểm cụ thể phụ thuộc vào một loạt các thông số: nguồn carbon và hỗ trợ oxy, tỷ lệ đào thải lactate Trên thực tế, hầu hết các loại tế bào đều có cả 2 quá trình đường phân và OXPHOS
Thứ hai, quá trình đường phân và OXPHOS là những quá trình trao đổi chất hỗ trợ cho nhau Tuy nhiên, việc sản xuất ATP, quá trình đường phân kỵ khí không hiệu quả và vì lý do đó, nó được sử dụng chủ yếu trong điều kiện thiếu oxy
Trang 7hoặc khi cơ chất của quá trình đường phân dồi dào Oxy không bị hạn chế và glucose có sẵn bị hạn chế, các tế bào dựa vào hiệu quả của quá trình OXPHOS để lấy ATP cho các hoạt động của tế bào
Trong phần vai trò của ty thể, tôi sẽ tập trung vào các khía cạnh sau đây: (1) vật chất di truyền và phân tử giúp giữ và duy trì vai trò ty thể ở OXPHOS trong quá trình biệt hóa của các giao tử (2) các tinh trùng có khả năng phân hủy (degrading) glucose thành CO2 và H2O trong quá trình đường phân, chu trình tricarboxylic, và OXPHOS (3) Các nguồn cơ chất sẵn có (nguồn carbon và oxy)
để giúp tinh trùng trong cuộc đua bơi lội đến tế bào trứng (4) Nhiều minh chứng cho thấy sự vận động của tinh trùng bị suy yếu khi quá trình glucose phân hủy (catabolic glucose) (hoặc đường phân hoặc OXPHOS) bị suy yếu
2.2 Sự loại bỏ nhiều thứ nhưng cần thiết ở quá trình sinh tinh
Tinh trùng chứa bộ gen đơn bội để thực hiện vai trò của nó Vì vậy, quá trình biệt hóa được thực hiện Do đó, sự trưởng thành của tinh trùng đòi hỏi phải loại bỏ các cấu trúc không cần thiết cho việc tạo giao tử
Cấu trúc tinh trùng đơn giản gồm có đầu, thân và đuôi (Hình 5) Trong phần đầu, các thể đỉnh (acrosome) có chứa các enzyme thủy phân cần thiết để xâm nhập và đưa nhân tế bào tinh trùng vào bên trong trứng Đuôi hoặc roi bao gồm sợi trung gian (midpiece) được đóng gói chặt chẽ với các ty thể và các sợi chính Cả hai thành phần này cần thiết cho sự vận động của tinh trùng; trong đó màng ty thể thiếu hoặc không phát triển đầy đủ Những roi chứa một số nguyên sinh chất trong đoạn cuối nhưng khả năng vận động ở mức thấp hoặc không tồn tại Tuy nhiên, ở loại thứ 3, màng ty thể hoàn chỉnh, và khả năng vận động của các roi rất cao Vì vậy, quá trình biệt hóa hoàn toàn của sợi trung gian là cần thiết cho sự vận động (Baccetti et al, 1984; Holstein et al, 1986; Perotti et al, 1981; Toyama et al, 1995) Hơn nữa, độ dài đuôi tương quan với chức năng của sợi trung gian cũng như sự tương quan giữa lượng ty thể với chiều dài roi hoặc tần suất beating (Cardullo và Baltz, 1991) Ở nam không có tinh dịch (asthenozoospermic), sợi trung gian trong tinh trùng nhỏ hơn bình thường với số lượng ty thể thấp và sự sắp xếp bất thường của các bào quan (Mundy et al., 1995)
Trang 8Hình 5 Cấu tạo tinh trùng ở ngườiĐáng chú ý, ty thể không chỉ có ở các tinh trùng được biệt hóa hoàn toàn
mà chúng cũng trải qua những thay đổi đáng kể trong suốt quá trình sinh tinh Chúng hoàn chỉnh vị trí, hình thái, và sự trao đổi chất của tế bào Do đó, cơ quan
tử trong tinh nguyên bào hình bầu dục với mào lamellar và nằm quanh nhân (De Martino et al., 1979) Tuy nhiên, ty thể kết đặc lại tại giai đoạn muộn của tiếp hợp (pachytene) ở kì đầu 1 và những nếp gấp vào (cristae) chiếm hầu hết tế bào chất của ty thể (De Martino et al, 1979.) Trong giai đoạn tiếp hợp này, ty thể kéo dài
ra và phân chia để tạo ra các cụm bào quan dạng vòng nhỏ phân bố ngẫu nhiên trong tế bào chất (De Martino et al., 1979) Ty thể nằm gần với màng sinh chất trong các tế bào tinh tử (spermatids) Quá trình tinh tử trưởng thành, ty thể phát triển các nếp gấp vào trong, khoảng cách trong các nếp gấp giảm và một trong số chúng di chuyển đến các roi (flagellum) Còn các ty thể không biệt hóa và phần còn lại của cơ quan tử trong tế bào bị mất đi Tinh trùng của tinh hoàn, ty thể được roi bao bọc xung quanh và các nếp gấp và cơ chất (matrix) tạo thành một hệ thống đồng tâm (concentric system) (Baradi và Rao, 1979; Cieciura và Klimek, 1988; De Martino et al, 1979)
Tất cả những thay đổi về mặt cấu trúc quá trình sinh tinh xảy ra trong sự biệt hóa trao đổi chất Vì vậy, một số tiểu đơn vị trong quá trình OXPHOS như cytochrome c và tiểu đơn vị VIB-2 của cytochrome c oxidase (COX) là có trong các tế bào mầm (Hess et al, 1993; Huttemann et al., 2003) Hơn nữa, hoạt động COX trong tinh trùng cao hơn trong tinh nguyên bào ở giai đoạn tiếp hợp của kỳ đầu 1 ở giảm phân (De Martino et al., 1979); và màng ty thể tăng khả năng lên đến sáu lần trong suốt quá trình sinh tinh vì hoạt động này phụ thuộc vào hoạt động của OXPHOS (Petit et al., 1995; Saunders et al, 1993)
Trang 9Điều này khác với sự biệt hóa hồng cầu Những tế bào này không yêu cầu
ty thể để chúng thực hiện vai trò của mình Vì vậy, chúng bị loại bỏ Sau đó, tại sao một tế bào có thể giảm đáng kể khối lượng của nó bằng cách loại bỏ bất kỳ cấu trúc thừa nào và giữ lại ty thể rất chuyên biệt? Ty thể chứa gen của riêng mình, DNA ty thể (mtDNA), mã hóa các gen cần thiết cho chức năng của quá trình OXPHOS (Enriquez et al., 1999) Do đó, có thể là tinh trùng giữ ty thể trong
tế bào để giúp giữ các thông tin di truyền nam có thể đi đến các tế bào trứng, bao gồm cả mtDNA Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng ty thể và các mtDNA bị suy thoái trong hợp tử hoặc phôi (Sutovsky et al., 1999) Những trường hợp bình thường, mtDNA chỉ từ mẹ di truyền cho (Giles et al., 1980) Do đó, việc chuyển mtDNA của tinh trùng đến noãn bào không phải là mục đích để giữ lại các ty thể trong tế bào tinh trùng
2.3 Ty thể tinh trùng cần để thực hiện chức năng của nó
Ty thể đóng vai trò chính trên con đường chuyển hóa Nó điều hòa mức độ của second messenger trong tế bào, chẳng hạn như canxi và reactive oxygen species, và nó cũng tham gia vào việc kiểm soát quá trình chết tế bào có chương trình (Kroemer et al., 1997) Những con đường sinh hóa ty thể quan trọng khác là chu trình Krebs và hệ thống OXPHOS Những con đường sinh hóa này giúp cho
sự hội nhập (integration) của chuyển hóa tế bào Vì vậy, quá trình phân hủy đường, axit béo, và axit amin có liên quan đến quá trình đồng hóa (anabolic) như tổng hợp pyrimidin, chu trình urê Tuy nhiên, tinh trùng là những tế bào terminal
và các con đường đồng hóa ty thể có nhiều khả năng không có nhiều liên quan OXPHOS không chỉ hiệu quả hơn 15 lần so với quá trình đường phân yếm khí để sản xuất ATP mà nó còn làm tăng số lượng và sự biến đổi của các chất nền OXPHOS cung cấp năng lượng giúp cho sự vận động của tinh trùng, do đó ty thể
có chức năng trong quá trình sinh tinh
2.3.1 Tinh trùng vận động nhờ vào quá trình OXPHOS
Phân tích các tác động của quá trình OXPHOS trong việc cung cấp năng lượng cho sự vận động của tinh trùng là đơn giản Đầu tiên, đó là một loạt các chất ức chế OXPHOS đặc hiệu và ảnh hưởng của các chất đó lên hoạt động của roi (flagellum) và khả năng vận động của tinh trùng là dễ dàng để đánh giá Thứ hai, biogenesis OXPHOS phụ thuộc vào việc duy trì và biểu hiện của mtDNA cũng như các gen mã hóa trong nhân đã được biết (Fernandez-Silva et al., 2003) Sau đó, các phương pháp di truyền cũng có thể phát hiện được
Trang 10Khả năng di chuyển của tinh trùng liên quan đến hoạt động ty thể (Gopalkrishnan et al., 1995) Như vậy, nam giới có tinh dịch đồ bình thường thì
sự vận động và sức sống tinh trùng cao hơn và hoạt động của ty thể cũng cao hơn
so với nam giới bị thiểu tinh (tinh trùng < 15x106/ml, WHO 2010) Sự vận động
và mật độ tinh trùng được cải thiện khi potential màng ty thể cao (Δѱm) (Donnellyetal, 2000; Marchettietal, 2002; Troiano et al., 1998) Hơn nữa, Δѱm cao làm tăng tỷ lệ thụ tinh trong ống nghiệm (IVF: in vitro fertilization) Những kết quả này cho thấy ở người, việc phân tích Δѱm của ty thể là test nhạy cảm nhất để xác định chất lượng tinh trùng và khả năng vận động của tinh trùng liên quan đến chức năng của ty thể (Marchetti et al., 2002) Kết quả tương tự cũng xuất hiện ở các loài khác như chuột hoặc ram (Auger et al., 1989, 1993; Evenson et al, 1982; Gravance et al, 2001; Kramer et al, 1993; Ronot và Auger, 1990; Windsor, 1997)
Phân tích sinh hóa gián tiếp cũng đánh giá sự vận động của tinh trùng qua quá trình OXPHOS Tiêu thụ oxy và vận động của tinh trùng có mối tương quan với nhau (Ford và Harrison, 1981; Halangk et al, 1990) Mối tương quan này cũng đã được tìm thấy trong các tế bào với sự trao đổi chất xác định bằng cách sử dụng các chất ức chế chuyển hóa (Halangk và Bohnensack, 1986) Nucleotide vòng và các chất ức chế phosphodiesterase kích thích hô hấp và gia tăng khả năng vận động của tinh trùng (Garbers et al., 1971) Mặt khác, tỷ lệ dẫn truyền tinh trùng của chuột cao hơn với allele đột biến tn, một alen của locus T được truyền lại ở không theo quy luật của Mendel (transmitted in a non-Mendelian), đi kèm với tỷ lệ NADH/NAD+ thấp, làm tiêu thụ oxy và vận động nhiều hơn (Ginsberg
và Hillman, 1974) Δѱm ty thể và việc tiêu thụ oxy phụ thuộc vào hoạt động của chuỗi vận chuyển electron ty thể (ETC: electron transport chain) và các enzym tổng hợp ATP (cả sự tạo thành hệ thống OXPHOS) Bốn phức hô hấp (I-IV) tạo thành chuỗi vận chuyển electron ty thể Các hoạt động của tất cả bốn khu phức hợp hô hấp cao hơn khi tinh trùng di chuyển nhiều (Ruiz-Pesini et al., 1998)
Hơn nữa, việc sử dụng các loại thuốc ức chế các phức hợp (complexes) hô hấp sẽ làm giảm đáng kể khả năng vận động của tinh trùng Đặc biệt, rotenon, một chất ức chế complex I hô hấp làm cạn kiệt ATP và giảm khả năng vận động của tinh trùng ở người (de Lamirande và Gagnon, 1992; Halangk et al, 1985a; Rikmenspoel, 1965; Ruiz-Pesini et al, 2000) Rotenon, nhưng không ức chế quá trình đường phân, làm giảm khả năng sinh sản của cừu thụ tinh qua cổ tử cung, đã cho thấy hô hấp của ty thể đóng một vai trò quan trọng trong sự xâm nhập của tinh trùng vào cổ tử cung (Windsor, 1997) Antimycin A, một chất ức chế
Trang 11complex III ở quá trình hô hấp, thúc đẩy những tác động tương tự đến sự vận động của tinh trùng (Ford và Harrison, 1981; Krzyzosiak et al, 1999; Ruiz-Pesini
et al., 2000)
Nitric oxide (NO) tác động đến ferroproteins của chuỗi vận chuyển điện tử trong quá trình hô hấp là có thể làm giảm level ATP và ảnh hưởng đến sự vận động của tinh trùng (McKinney et al, 1995; Weinberg et al., 1995) Chất ức chế hoạt động complex IV cũng do NO (Brown, 1995) hoặc do KCN gây ra làm giảm đáng kể sự vận động của tinh trùng (Halangk và Bohnensack, 1986; Pascual et al, 1996; Ruiz-Pesini et al., 2000) Gossypol ức chế hô hấp cũng giảm khả năng vận động của tinh trùng (Breitbart et al, 1989; Kim et al., 1984) Để có cái nhìn tổng quát, oligomycin, một loại thuốc trực tiếp làm ngừng quá trình tổng hợp ATP ở ty thể, ảnh hưởng xấu đến sự vận động của tinh trùng (Dreanno et al, 1999; Halangk
et al, 1985a)
Bốn trong số năm phức hợp enzyme tham gia (constitute) trong hệ thống OXPHOS một phần được mã hóa bởi mtDNA Như vậy, các đột biến ở gen mtDNA làm suy yếu sự biểu hiện của một hay nhiều protein được mã hóa trong mtDNA có thể dẫn đến các bệnh ở người Khi những bệnh này trở nên nghiêm trọng, người ta chưa có nghĩ nhiều đến bệnh của ty thể làm ảnh hưởng đến chất lượng tinh trùng của nam giới Nghiên cứu khả năng sinh sản ở bệnh nhân cho thấy nguyên nhân do sự mất đoạn đơn (Kao et al., 1995) hoặc mất nhiều đoạn trong mtDNA có liên quan đến khả năng sinh sản giảm và sự vận động của tinh trùng ở nam bị giảm đáng kể (Kao et al, 2004)
Hơn nữa, rối loạn chức năng của việc điều chỉnh level mtDNA tinh trùng hoặc của sự suy giảm hoặc dư thừa mtDNA (Diez-Sanchez et al, 2003a; May-Panloup et al, 2003) được xem là bất lợi cho khả năng vận động của tinh trùng Folgero et al (1993) đã nghiên cứu chất lượng của tinh trùng ở bệnh nhân mắc hội chứng MELAS (đột quị và nhiễm toan lactic ở não do ty thể (MELAS: mitochondrial encephalopathy with lactic acidosis and stroke) Những người mắc hội chứng MELAS bị đột biến mtDNA A3243G Người ta đã chứng minh nó làm giảm khả năng vận động của tinh trùng ở bệnh nhân này (Folgero et al., 1993) Điều này đã quan sát được ở bệnh nhân mắc hội chứng MELAS thứ hai (Spiropoulos et al., 2002) Hơn nữa, nó đã được chứng minh rằng một số thay đổi
ở quần thể người có đột biến mtDNA có thể ảnh hưởng đến khả năng vận động của tinh trùng (Montiel-Sosa et al, 2006; Ruiz-Pesini et al., 2000) Chúng tôi đã
Trang 12từng đề xuất rằng một số những biến đổi có thể giảm hiệu quả gấp đôi của OXPHOS, và sau đó ảnh hưởng đến sự vận động của tinh trùng (Ruiz-Pesini et al., 2004).
Những con chuột biến đổi gen cũng cho thấy có sự liên quan của OXPHOS đến sự vận động của tinh trùng Như vậy, một cytochrome c đặc hiệu ở tinh hoàn chuột đã được tạo ra (Narisawa et al., 2002) Những con chuột này sản xuất ra tinh trùng biệt hóa Thật không may là thiếu hoạt động OXPHOS trong những tinh trùng của chuột đã không được chứng minh Mặc dù vậy, và khi so sánh với tinh trùng hoang dại (wild-type), tỷ lệ tinh trùng bất động chiếm hơn 50% Loại này chuột được xem là không có tinh dịch (asthenozoospermic) khi đánh giá tinh dịch người theo tiêu chí của WHO, 1999 Hơn nữa, tinh trùng từ chuột đột biến chứa level ATP giảm và cho thấy hiệu quả của IVF giảm bốn lần (Narisawa et al., 2002) Mặc dù sự suy giảm rõ rệt của chúng về tính di động, những con chuột đực này vẫn có khả năng tạo ra được tinh trùng để thụ tinh Để phân tích đặc tính này, chúng ta phải ghi nhớ rằng thụ tinh ở động vật thực hiện ở trong phòng thí nghiệm được đánh giá là không có sự cạnh tranh giữa các con đực (một con đực duy nhất với nhiều con cái) và những con chuột cái có thai tự nhiên cao do có nhiều trứng rụng Bằng cách này, các bệnh mà gây ra vô sinh vẫn có thể làm cho những con chuột có khả năng có thai Thật không may, chưa có thống kê nào về hiệu quả của IVF (như kích thước trung bình của lứa (litters), tỷ lệ không
có thai sau khi giao hợp…) cho chuột
Một mô hình chuột thứ hai cung cấp những hiểu biết thêm về vai trò của ty thể trong chức năng tinh trùng Trifunović et al (2004) đã phát triển một knock-in đồng hợp tử ở chuột mà thiếu polymerase gamma (POLG), tiểu đơn vị xúc tác (catalytic) sự mã hóa cho nhân của polymerase đặc hiệu ở ty thể Những con vật này có kiểu hình đột biến mtDNA với một sự gia tăng đáng kể về mức độ đột biến mtDNA cũng như các mất đoạn Chúng phát triển bình thường cho đến 25 tuần tuổi Sau đó, nó thể hiện kiểu hình lão hóa sớm Rất thú vị, giảm khả năng sinh sản của chuột đột biến mtDNA của cả chuột đực và chuột cái đã được tìm thấy Tuy nhiên, tất cả chuột cái trẻ (young) có khả năng sinh sản và trở nên vô sinh sớm có thể là một phần của kiểu hình lão hóa sớm nói chung Ngược lại, những con chuột đực khỏe và trẻ thì đa số vô sinh, chỉ có 1 con đực trong 8 con đực có thể giao phối với 16 con cái kiểu hình wild-type (Trifunović et al., 2004) Ở người, POLG đã được đề cập có vai trò trong vô sinh nam (Jensen et al, 2004; Rovio et al, 2001), mặc dù cũng còn nhiều ý kiến chưa thống nhất (Aknin-Seifer
Trang 13et al, 2005; Brusco et al., 2006) Tất cả các nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy rằng biến đổi gen bệnh lý của quá trình OXPHOS liên quan đến suy giảm chất lượng tinh trùng và đặc biệt là khả năng vận động.
2.3.2 Vai trò của quá trình đường phân trong vận động của tinh trùng
Báo cáo gần đây đưa ra bằng chứng rằng glycolysis là cần thiết cho sự vận động của tinh trùng Tuy nhiên, khi glucose sản xuất ATP thì liên quan đến cả quá trình đường phân và OXPHOS, nó là cần thiết để thiết lập liệu ATP cần thiết cho sự vận động của tinh trùng có thể có một nguồn gốc glycolytic tinh khiết (lên men) Điều này đã được đề xuất bởi vì: (1) sự vắng mặt của ty thể ở phần cuối của đuôi tinh trùng và sự khó khăn nhu cầu đáp ứng ATP của roi ở đuôi và (2) một số quan sát được công bố giải thích những phát hiện của chúng như là bằng chứng cho thấy OXPHOS là không cần thiết cho sự vận động của tinh trùng
Phân phối ATP với tỷ lệ thích hợp đến các ATPase dynein cùng với roi là một vấn đề chưa được hiểu đầy đủ Người ta đã đề xuất rằng các lực lượng (forces) vật chất có nguồn gốc sóng tế bào chất (cytoplasmic waves) có thể tạo thuận lợi cho việc cung cấp ATP đến phần cuối của đuôi Những lực lượng này sẽ được bắt nguồn từ sự chuyển động của tiên mao (flagellum) chính nó Ngoài ra, chuyển hóa đặc hiệu như adenylate kinase và phosphoglycerate kinase sẽ góp phần cung cấp ATP (Ford, 2006) Những vai trò về sinh hóa và mechanical sẽ thúc đẩy sự khuếch tán nhanh chóng của ATP ty thể từ đoạn trung gian (midpiece) tới đuôi
Mikiet al (2004) cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho thấy vai trò quan trọng của quá trình đường phân đến sự vận động tinh trùng Họ tạo ra một con chuột knockout cho isoform của glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDHs) đặc hiệu tinh trùng, một enzyme đường phân Các con chuột knockout đồng hợp tử (homozygote) là vô sinh và có khiếm khuyết sâu sắc về tính di động của tinh trùng, di chuyển chậm chạp, không tiến tới (Miki et al., 2004)
Chỉ có khoảng 3% tinh trùng cho thấy sự vận động tiến tới ngay lập tức sau khi di chuyển từ mào tinh hoàn ra ngoài, và điều này đã không được duy trì sau 2 giờ ủ (incubation) Tuy nhiên, có tới 60% số tinh trùng chuột từ GAPDH-/-
giữ một vài sự di chuyển không tiến tới thậm chí sau 4 giờ ủ Rất thú vị, các tác giả đã nhấn mạnh một roi nằm ở đoạn giữa đã không truyền một cách hiệu quả dọc theo đoạn chính của đuôi tinh trùng Nói cách khác, flagella beating dường