Tinh trùng xuyên qua lớp tế bào vành phóng xạ
ở phần lớn các loài động vật có vú, có nhau thai; trứng rụng (thành thục in vivo) hoặc trứng chín (thành thục in vitro) đợc bao bọc xung quanh bởi nhiều lớp tế bào cumulus tơi bông. Chúng tạo nên một đám “ma trận” giàu axít hyaluronic.
Đối với một số loài (bò, cừu, dê), đám tế bào cumulus này nhanh chóng tan rã sau khi trứng đã rụng (in vivo) và đi vào vòi trứng. Tinh trùng có thể tiếp xúc trực tiếp với vùng trong suốt của trứng. Tuy nhiên, trong
in vitro, khi trứng đã đợc nuôi thành thục thì đám tế bào này vẫn còn bao quanh trứng.
Chỉ những tinh trùng đã kiện toàn năng lực thụ tinh mới có thể đi qua đợc lớp tế bào cumulus nói trên. Tất cả tinh trùng khi tiếp cận với vùng trong suốt (sau khi đi qua đợc đám tế bào cumulus) đều còn acrosom nguyên vẹn (Cherr và cs, 1986[46]).
Hyaluronidaza với một lợng ít ỏi, liên kết với màng ngoài của tinh trùng, có thể tạo cho chúng xuyên qua lớp tế bào cumulus một cách thuận lợi.
Tơng tác của tinh trùng với màng trong suốt
Trớc khi xuyên qua màng trong suốt của trứng, tinh trùng sẽ bám vào bề mặt màng trong suốt và thực hiện phản ứng acrosom.
Vùng trong suốt đợc cấu tạo chủ yếu bởi các glycoprotein, mà trong họ có nhiều dạng đồng phân, chúng đã đợc xác định ở nhiều loài khác nhau. Ba glycoprotein chủ yếu có tên là ZP1, ZP2 và ZP3.
ZP3 có kết cấu của một polypeptite, trên đó có ghép những chuỗi oligosaccharit đặc biệt có chứa fucose và N-acetyl glusamin. ZP2 và ZP3 liên kết với nhau để tạo nên những sợi có cầu nối với nhau bởi ZP1; nó tạo nên cấu trúc ba chiều của vùng trong suốt.
Tinh trùng gắn vào vùng trong suốt
Vùng trong suốt nhận biết và cố định đặc hiệu các tinh trùng cùng loài một khi chúng đã đợc kiện toàn năng lực thụ tinh. Sự kết dính này đợc xảy ra bởi tơng tác qua lại giữa các phân tử trên một phần bề mặt của tinh trùng và vùng trong suốt của trứng.
Tinh trùng, khi đợc gắn vào vùng trong suốt, sẽ thực hiện phản ứng thể đỉnh của nó. Điều này nhằm bộc lộ màng trong của acrosom.
Thân
Phần d N-acetyl glucosamine
Màng sáng Trứng
Hình 1.3: Gắn kết ban đầu của tinh trùng vào vùng trong suốt (Shur và Hall, 1982)[162].
Một galactosyltransferaza màng tinh trùng đảm bảo cho cầu nối với gốc N-acetylglucosamin của ZP3.
Sự gắn kết của tinh trùng mà acrosom còn nguyên đợc đảm bảo bằng những chuỗi glucide của ZP3 (ZP3 glu.), mặc dù phản ứng thể đỉnh đợc tiến hành bằng bộ phận protein của ZP3 (ZP3 pr.). Sự gắn kết của tinh trùng khi phản ứng thể đỉnh nhờ đến ZP2 và acrosin hãy còn liên kết tại màng trong acrosom của tinh trùng.
Phản ứng thể đỉnh
Theo quan điểm hình thái học, phản ứng thể đỉnh đợc đặc trng bằng sự dung giải dần dần màng sinh chất và màng ngoài acrosom của tinh trùng. Do đó, một mặt hình thành những bọng của màng và mặt khác tạo nên những lỗ trống để cho các chất chứa trong acrosom giải phóng ra ngoài.
Phản ứng thể đỉnh xảy ra rất nhanh. Phản ứng này phụ thuộc vào nồng độ Ca+2. Phản ứng này luôn kèm theo việc tăng nồng độ Ca+2 nội bào và không thể đạt đợc trong môi trờng thiếu Ca+2.
Trong những điều kiện thông thờng, ngời ta còn cha rõ bằng cơ chế nào xảy ra luồng Ca+2 vào để tham gia một trong những giai đoạn đầu của phản ứng.
Màng sinh chất Màng trongacrosom Đai xích đạo Màng sinh chất Nhân Màng trong acrosom Màng ngoài accrosom Hình 1.4: Sơ đồ phản ứng thể đỉnh (Yanagimachi, 1988)[179] a. Trớc khi phản ứng: tinh trùng với acrosom còn nguyên vẹn
b. Khi xảy ra phản ứng: màng sinh chất và màng ngoài acrosom bị dung giải làm hình thành những bọng của màng và những lỗ thủng, qua đó, chất chứa trong acrosom (bị thủy phân bởi các enzym của acrosom) phóng thích ra
c. Khi phản ứng thể đỉnh đã xảy ra hoàn chỉnh: Tinh trùng bỏ mặc những bọng của màng. Màng trong acrosom của nó bộc lộ ra, đai xích đạo vẫn còn nguyên
Cảm ứng phản ứng thể đỉnh bởi màng trong suốt của trứng: ở nhiều loài gia súc, vùng trong suốt bị hòa tan có cảm ứng in vitro với phản ứng thể đỉnh các tinh trùng cùng loài (Ehrenwald và cs, 1988[58]).
Nh vậy ZP3 có tính 2 mặt chức năng: một mặt nó đảm bảo cho sự gắn kết tinh trùng và mặt khác nó phát động phản ứng thể đỉnh của nó.
Sự gắn kết của phối tử ZP3 vào thể tiếp nhận của tinh trùng đã phát động những phân tử và những tế bào dẫn đến phản ứng thể đỉnh và nhất là luồng Ca+2 vào là một trong những chặng đầu của đợt phản ứng.
Tinh trùng xuyên qua vùng trong suốt
Khi thực hiện phản ứng thể đỉnh, tinh trùng thải những bọng màng (sản phẩm của phản ứng) lên bề mặt vùng trong suốt, sau đó chui qua lớp vỏ bọc này theo một đờng chéo góc.
Dấu vết lu lại trong vùng trong suốt (do tinh trùng xuyên qua) có những bờ mép rõ nét, chứng tỏ sự xuyên nhập của tinh trùng đã sử dụng quá trình cơ giới hơn là quá trình enzym. Nhng hình nh chỉ riêng sức hoạt động của tinh trùng không đủ đảm bảo cho nó xuyên qua đợc vùng trong suốt. Ngời ta biết rằng hyaluronidaza thủy phân axit hyaluronic có chứa trong những mắt lới của vùng trong suốt. Acrosin không thể làm tan rã vùng trong suốt ở in vitro, nhng có thể thủy phân từng phần một số những glycoprotein (Dunbar và cs, 1985[55]; Chandler và cs, 1999[44]) và làm biến đổi kết cấu vùng trong suốt. Cả hai enzym này (và có thể những enzym khác), đợc phóng thích khi xảy ra phản ứng thể đỉnh, còn sót lại rải rác trên màng trong acrosom của tinh trùng, sẽ tiếp xúc trực tiếp với vùng trong suốt khi xuyên nhập.
Sự dung hợp của giao tử đực và cái
Sau khi vợt khỏi vùng trong suốt, tinh trùng đi vào khoảng trống quanh noãn hoàng và đi vào tiếp xúc với màng trong suốt noãn bào. Bấy giờ nó ngừng chuyển động và 2 giao tử dung hợp. Sự dung hợp xảy ra giữa màng sinh chất bao quanh đai xích đạo của tinh trùng với màng sinh chất của noãn bào.
Màng sinh chất của tinh trùng hòa trộn với màng sinh chất noãn bào khi dung hợp. Còn màng trong acrosom thì hòa trộn trong bào tơng noãn bào cùng với nhân tinh trùng. ở các loài có vú, đoạn chính của đuôi đợc hòa trộn toàn bộ vào trong trứng.
Sự hoạt hóa tế bào trứng
Noãn bào đợc tinh trùng hoạt hóa kèm theo những biến đổi về trao đổi chất cũng nh những thay đổi quan trọng của tế bào.
Mặc dù những cơ chế ở mức độ phân tử xảy ra trong hoạt hóa còn cha biết đợc cặn kẽ ở các loài có vú, nhng ngời ta cũng biết rằng thế năng truyền qua màng và sự huy động hàng loạt Ca+2 nội bào tạo nên những bớc ban đầu của hiện tợng này.
Các biểu hiện ở mức tế bào đi theo sự hoạt hóa: sự xuất bào của những hạt lớp vỏ, hoàn thành phân chia giảm nhiễm lần thứ hai và những biểu hiện đặc điểm lớp vỏ của trứng, đều đợc xác định khá rõ.