Kapacitace hřebčích spermií

Diana Řeháková

Bachelor's thesis

Capacitation of stallion spermatozoa

Abstract:

Spermie jsou samčí pohlavní buňky, které se tvoří v semenotvorných kanálcích varlat. Spermie během svého života procházejí několika známými i neznámými maturačními změnami v dějích zvaných kapacitace a akrozomální reakce v prostředí samičího reprodukčního traktu. Schopnost oplodnění vyžaduje dvě fáze zrání spermií. První se vyskytuje v nadvarleti, kde dochází k fyziologickým změnám v obsahu lipidů a proteinů v membráně spermií. Po zrání v nadvarleti vyžaduje spermie další povrchové úpravy, ke kterým dochází uvnitř samičího pohlavního traktu, konkrétně ve vejcovodu. Po ejakulaci během průchodu samičím pohlavním traktem dochází ke zracímu procesu zvanému kapacitace. Kapacitace spermií je uspořádaná sekvence procesů, které představují dynamické děje nezbytné pro oplodnění oocytů in vivo nebo in vitro. Během kapacitace dochází k biochemickým i fyziologickým změnám, které souvisí s hyperaktivací pohybu spermie umožňující spermiím vázat se a pronikat do zona pellucida a následně fúzovat s oocytem. Tyto změny spolu s následnou akrozomovou reakcí jsou nezbytné pro proniknutí do zona pellucida, a také pro spojení se s plazmatickou membránou oocytů. In vivo kapacitace nastává v samičím reprodukčním traktu, což je prostředí, které vhodně reguluje interakce mezi gametami a podporuje oplodnění. Po uložení ejakulátu do dělohy je životaschopná populace spermií transportována do místa oplodnění ve vejcovodu. V čase ovulace se spermie navázané na epitel vejcovodů aktivují a následně uvolní z epitelu vejcovodů, aby se setkaly se zralým oocytem. In vitro kapacitaci lze napodobit pomocí inkubace spermií v nádobě v definovaných médiích za správných podmínek. Spermie hřebců se sice dokážou in vitro vázat na zona pellucida, bohužel ale nedokážou iniciovat některou reakci v blízkosti oocytu a nemohou tedy pronikat do perivitelinního prostoru. Selhání penetrace spermií nejspíše souvisí s nepřítomností optimalizovaného média pro oplodnění in vitro obsahující molekuly nezbytné pro podporu kapacitace spermií hřebců. Neuspokojivé výsledky in vitro fertilizace u koní jsou s největší pravděpodobností způsobeny nedostatečnou kapacitací spermií v důsledku chybějícího optimálního kapacitačního média pro hřebce.

Abstract:

Sperm are male sex cells that form in the seminiferous tubules of the testes. Sperm undergo several known and unknown maturational changes during their lifetime in processes called capacitation and acrosomal reactions in the environment of the female reproductive tract. The ability to fertilize requires two stages of sperm maturation. The first occurs in the epididymis, where physiological changes in the lipid and protein content of sperm occur. After maturation in the epididymis, sperm require further surface modifications that occur within the female reproductive tract, specifically in the fallopian tube. After ejaculation, during passage through the female genital tract, a maturation process called capacitation occurs. Sperm capacitation is an ordered sequence of processes that represent the dynamic events necessary for fertilization of oocytes in vivo or in vitro. During capacitation, biochemical and physiological changes occur that are related to the hyperactivation of sperm movement allowing sperm to bind and penetrate the zona pellucida and subsequently fuse with the oocyte. These changes, together with the subsequent acrosome reaction, are necessary for penetration of the zona pellucida and also for fusion with the oocyte plasma membrane. In vivo capacitation provides the female reproductive tract, an environment that appropriately regulates gamete interactions and promotes fertilization. Once the ejaculate is placed in the uterus, a viable sperm population is transported to the site of fertilization in the fallopian tube. At the time of ovulation, sperm attached to the fallopian tube epithelium are activated and subsequently released from the fallopian tube epithelium to meet the mature oocyte. In vitro capacitation can be mimicked by incubating sperm in a container in defined media under the correct conditions. Although stallion spermatozoa can bind to the zona pellucida in vitro, unfortunately they cannot initiate some reactions in the vicinity of the oocyte and thus cannot penetrate the perivitelline space. The failure of sperm penetration is probably related to the absence of an optimized medium for in vitro fertilization containing molecules necessary to promote sperm capacitation in stallions. Failure of equine in vitro fertilization is most likely due to the inability to bind to the zona pellucida due to lack of capacitation.

Keywords

kapacitace, akrozomální reakce, spermie, ejakulát, hřebec

Keywords

acrosome reaction, sperm, ejaculate, stallion, capacitation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Filipa Bubeníčková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Animal Science / Horse Breeding