Оплодотворение у млекопитающих: особенности
Изучать яйцеклетки млекопитающих неизмеримо труднее, чем яйца морских ежей, тем не менее сейчас есть возможность оплодотворять их in vitro (обычно пользуются термином "яйцеклетка", хотя в отношении млекопитающих речь идет об оплодотворенном ооците второго порядка ). Оплодотворенные яйцеклетки млекопитающих, пересаженные в матку, могут развиться в нормальных особей, благодаря этой методике многие бесплодные женщины получили возможность рожать нормальных детей. Оплодотворение яйцеклеток млекопитающих in vitro позволяет также изучать некоторые его механизмы.
Такие исследования показали, что несмотря на значительное сходство с морскими ежами , процесс оплодотворения у млекопитающих имеет некоторые отличия.
Сперматозоиды млекопитающих не способны оплодотворить яйцеклетку, пока они не подвергнутся процессу, называемому капацитацией , который индуцируется выделениями женского полового тракта. Механизм капатации не ясен, возможно, капатация связана с изменениями в липидном и гликопротеиновом составах плазматической мембраны спермия, а также с повышением уровня его метаболизма и увеличением подвижности. Капацитированный спермий мыши проникает через толстый слой фолликулярных клеток и специфически связывается с одним из главных гликопротеинов zona pellucida - защитной оболочки, аналогичной вителлиновому слою морского ежа. По крайней мере у нескольких видов один и тот же гликопротеин яйцеклетки, по-видимому, инициирует у спермия акросомальную реакцию (рис 49). Например, у мыши zona pellucida состоит лишь из гликопротеинов, которые синтезируются растущими ооцитами и образуют самоорганизующуюся трехмерную структуру из связанных между собой волокон. Один из этих гликопротеидов, называемый ZP3 , отвечает за связывание со спермием и за инициацию акросомальной реакции . Полагают, что при связывании с zona pellucida сперматозоид распознает специфическую углеводородную последовательность гликопротеина ZP3. Молекулы, участвующие в процессе распознавания, локализованы в плазматической мембране спермия, тогда как у морских ежей они располагаются в мембране акросомы . Zona pellucida, как и вителлиновый слой яиц морского ежа, служит барьером для межвидового оплодотворения , устранение ее части приводит к исчезновению такого барьера. Например, яйцеклетки хомячка, у которых с помощью специфических ферментов удалена zona pelllucida, могут быть оплодотворены сперматозоидами человека. Не удивительно, что такие гибриды ("hamsters") не развиваются.
При акросомальной реакции спермии млекопитающих высвобождают протеазы и гиалуронидазу , которые играют важную роль в проникновении спермия через zona pellucida. Однако здесь не формируется акросомальный отросток, сходный с тем, который образуется у морского ежа. У спермиев большинства млекопитающих с яйцеклеткой раньше всего сливается экваториальная (расположенная за акросомой) область плазматической мембраны, а не мембрана акросомы. Лишь относительно небольшое число спермиев млекопитающих обычно оказывается в состоянии добраться до претерпевшей овуляцию яйцеклетки (например, у человека менее 200 сперматозоидов из 300 миллионов, выделяющихся при коитусе, достигают места оплодотворения), поэтому необходимость в быстрой блокаде полиспермии несущественна, у млекопитающих не происходит быстрой деполяризации плазматической мембраны, сопровождающей оплодотворение и предотвращающей полиспермию у морских ежей и амфибий. С другой стороны, ферменты, высвобождающиеся при кортикальной реакции яйцеклеток млекопитающих, изменяют структуру яйцевой оболочки, обеспечивая медленную блокаду полиспермии. Например, в мышиных яйцеклетках фермент так видоизменяет гликопротеин ZP3, что он перестает связывать спермии или индуцировать у них акросомальную реакцию. В яйцеклетках некоторых млекопитающих в результате кортикальной реакции перестраивается не zona pellucida, а плазматическая мембрана, вследствие чего предотвращается слияние с яйцеклеткой дополнительных спермиев.
Другой характерной особенностью оплодотворения у млекопитающих является то, что центриоли присутствуют в яйцеклетках, а в спермиях их нет. Кроме того, в оплодотворенных яйцеклетках млекопитающих не происходит непосредственного слияния двух пронуклеусов: они сближаются, однако их хромосомы не соединяются до тех пор, пока мембрана каждого из пронуклеусов не будет разрушена при подготовке к первому делению дробления . Большая часть других ранних событий при оплодотворении яйц морского ежа, приведенных в табл. 15-1 (таких как активация с помощью фосфатидилинозитол-бисфосфата и повышение концентрации ионов Ca++ в цитозоле), осуществляется и в яйцеклетках млекопитающих. Следующие за этим изменения представляют собой часть процесса эмбриогенеза, в ходе которого зигота развивается в новый организм. ( Clegg E.D., 1983 , Grobstein C., 1979 , Wassarman P.M., 1988 .)
