The Embryo Project Encyclopedia

Kapacytacja plemników odnosi się do zmian fizjologicznych, które plemniki muszą przejść, aby mieć zdolność do penetracji i zapłodnienia komórki jajowej. Termin ten został po raz pierwszy użyty w 1952 roku przez Colina Russella Austina na podstawie niezależnych badań przeprowadzonych przez Austina i Min Chueh Changa i opublikowanych w 1951 roku. Od czasu pierwszych doniesień i pojawienia się tego terminu, dzięki postępowi technologicznemu, szczegóły procesu zostały wyjaśnione. Rozpoznanie zjawiska było dość istotne dla wczesnych eksperymentów zapłodnienia in vitro, jak również dla dziedzin embriologii i biologii reprodukcyjnej.

Te początkowe badania polegały na wprowadzeniu plemników do jajowodów samic różnych gatunków zwierząt zarówno na kilka godzin przed owulacją, jak i natychmiast po niej. Eksperymenty te ujawniły, że znacznie więcej jaj było penetrowanych przez spermę, gdy sperma była wprowadzana na godziny przed owulacją. Na podstawie swych wstępnych ustaleń, zarówno Austin, jak i Chang wysunęli hipotezę, że plemniki muszą przejść przez jakiś proces fizjologiczny w żeńskim układzie rozrodczym, aby mieć zdolność penetracji jaja. Austin określił ten proces mianem kapacytacji w wydaniu Nature opublikowanym 23 sierpnia 1952 roku. Użyty przez niego termin „kapacytacja” odnosił się do wszelkich procesów fizjologicznych zachodzących w żeńskich drogach rodnych, które umożliwiały plemnikom przeniknięcie do komórki jajowej. Wraz z postępem technologicznym i wzrostem wiedzy na temat mechanizmów zapłodnienia, definicja ta została zaktualizowana do współczesnego użytku.

J. Michael Bedford opublikował w 1970 r. dogłębne badania nad kapacytacją plemników u ssaków i był w stanie zawęzić zakres tego procesu poprzez ujawnienie tego, co w nim nie występuje. W badaniach Bedforda użyto mikroskopu elektronowego, aby ujawnić, jakie, jeśli w ogóle, zmiany strukturalne zaszły w plemnikach po kondensacji, ale żadnych nie znaleziono. Bedford stwierdził, że plemniki pozostają w tym samym stanie morfologicznym od momentu wprowadzenia do samicy do momentu reakcji akrosomowej, w którym plemnik łączy się z jajeczkiem. Rozumował on, że o ile w plemnikach nie zachodzą zmiany strukturalne, to bardziej prawdopodobne jest, że zachodzi jakaś zmiana chemiczna. Na podstawie dostępnych wówczas dowodów doszedł do wniosku, że wydarzenia związane z kapacytacją polegają na odblokowaniu receptorów w samym plemniku, co czyni go zdolnym do reagowania na środowisko żeńskich narządów płciowych. Badał on również kapacytację plemników różnych gatunków, stwierdzając, że czas, w jakim plemniki nabywają zdolności do penetracji komórki jajowej, jak również substancje chemiczne rozpoznawane przez wspomniane receptory są specyficzne dla danego gatunku. Ponadto, ponieważ istnieją pewne gatunki w innych gromadach, które wytryskują spermę natychmiast zdolną do ukończenia reakcji akrosomalnej, byłoby niedokładne włączenie reakcji akrosomalnej jako części kapacytacji.

Biorąc pod uwagę szeroką początkową definicję Austina, wielu współczesnych Bedfordowi twierdziło, że reakcja akrosomalna mogłaby technicznie być uznana za część kapacytacji spermy. Rozbieżność w definicji, szczególnie w odniesieniu do włączenia reakcji akrosomalnej jako części kapacytacji, spowodowała wiele dyskusji i argumentów wśród naukowców w późniejszych publikacjach. W 1975 roku Austin opublikował raport zatytułowany „Membrane Fusion Events in Fertilization”, w którym stwierdził, że faktyczny proces kapacytacji polega na usunięciu płaszcza glikoproteinowego z plemnika i ułatwieniu hiperaktywacji lub zwiększeniu ruchliwości, wyjaśniając w ten sposób, że jego zdaniem inicjacja reakcji akrosomalnej jest oddzielona od kapacytacji plemnika. Ostatecznie, starając się wyjaśnić, jakie procesy powinny być uwzględnione w definicji kapacytacji plemników, Min Chueh Chang opublikował w 1984 roku artykuł zawierający historyczną perspektywę znaczenia kapacytacji plemników, w którym zawarł sugestie dotyczące rozwiązania problemu rozbieżności w definicji. W artykule tym Chang sugeruje, że wszystkie procesy prowadzące do reakcji akrosomalnej powinny być określane jako pierwsza część kapacytacji plemników, aby zarówno uhonorować oryginalną definicję, jak i uznać reakcję akrosomalną jako niezależny proces. Biorąc pod uwagę tę próbę wyjaśnienia, bardziej nowoczesne badania dotyczące kapacytacji definiują ją jako potrzebę plemnika do odkrycia receptorów, które mogą rozpoznać substancje chemiczne w żeńskim układzie rozrodczym, które z kolei inicjują zmiany zarówno w ruchliwości w formie hiperaktywacji, jak i zmiany morfologiczne związane z reakcją akrosomalną.

Pomimo zamieszania i pewnych rozbieżności w badaniach nad kapacytacją, koncepcja ta pozostaje integralną częścią badań nad zapłodnieniem. Jej badanie zapewniło bardziej wszechstronne zrozumienie wszystkich mechanizmów, jakie musi przejść plemnik, zanim będzie gotowy do zapłodnienia żeńskiej komórki jajowej, co wzbogaca ogólną wiedzę na temat procesu zapłodnienia jako całości, jak również przyczynia się do rozwoju technologii medycznych, takich jak zapłodnienie in vitro.

.