През последните години беше постигнат огромен напредък в разбирането на молекулярните механизми, свързани с узряването на мъжката гамета и нейното преминаване от половата жлеза към оплождането на яйцеклетката. Тази статия представя, въз основа на пълен библиографски и исторически преглед, развитието на познанията за мъжката гамета до момента и посочва някои информационни пропуски, които все още съществуват.

През последните години беше постигнат огромен напредък в разбирането на молекулярните механизми, свързани с узряването на мъжката гамета и нейното преминаване от половата жлеза към оплождането на яйцеклетката. Тази статия представя от пълен библиографски и исторически преглед еволюцията в знанията за мъжката гамето досега и посочва някои информационни пропуски, които все още съществуват.

Ключови думи

Ключови думи

спермата


Човешкото плодородие винаги е било тясно свързано със земята и плодовете, които тя произвежда, поради което думата сперма произлиза от латинската дума „semen-seminis“, тоест семе. От своя страна думата сперма, която се появява много по-наскоро, е измислена през 19 век от изследователя Карл Ернст фон Баер и идва от гръцкия термин „sperein“, което означава да сееш (Clift and Schuh, 2013).

Първоначално и през цялата античност водещата роля по отношение на плодовитостта е била поета почти изцяло от спермата, което предвид културното влияние на времето не е изненадващо. Така Хипократ (460–370 г. пр. Н. Е.) Постулира, че има два вида сперма, единият произхожда от мъже, чрез еякулация, а другият от жените, която е тяхната менструална кръв. За Аристотел (384-322 г. пр. Н. Е.) Произходът на спермата идва от еволюционен процес, генериран от кръвта и вследствие на мъжката телесна топлина, и той смята, че жените, по негово мнение, по-студени не могат да извършат споменатото преобразуване, защото това, което генерира нечиста сперма ", която генерира менструална кръв.

В повечето класически митологии спермата заема изключително видно място, тъй като тя се счита за течност, която произтича и идва от боговете и която играе определяща роля в произхода на творението, както и за шумерите и вавилонците еякулациите на бог Енки произхожда от вода, растения, както и от други богове.

За индусите бог Брахма се е формирал от собствената си сперма и след това е създал останалото творение. За древните египтяни светът се е формирал от еякулация на бог Атум, който от своя страна произхожда от Нил, основен източник за оцеляването на страната.

В източните култури ценните скъпоценни камъни идват от капки сперма. В богатите доколумбови митологии природата е живо същество, което съдържа потенциалната енергия за постигане на съхранението и развитието на всички живи същества, отново има много тясна симбиоза между земната богиня Пачамама и нейния съпруг Пахамак, бог създател на небето, което ви дава и възнаграждава със силата да генерирате. Много подобна е полинезийската митология, за която всичко създадено произхожда от Тангароа, бащата, който е създал небето, и от Папа, създателката на земята, и по този начин дъждът е спермата на небето, която опложда земята.

За гърците атрактивната и похотлива богиня на любовта и секса Афродита произхожда от сливането на морската пяна с кръвта и спермата на Уран, които Кронос е лишил от гениталиите си и е хвърлил в морето, улеснява симбиозата на тези три течности.

Важният главен протагонизъм продължи през няколко века, макар и логично с очевидни вариации. По този начин големите класически мислители, Аристотел, Хипократ и Демокрит, посвещават обширни изследвания на тази „ценна течност“, с много разнообразни и любопитни версии и интерпретации (Аристотел, 1997). Дори великият Леонардо де Винчи също е привлечен от своите изследвания и в някои от плочите си той илюстрира произхода на семенната течност в мозъка (Cobb, 2006; Noble et al., 2014).

Именно в древна Гърция възникват 3 линии на мисъл, за да се обяснят законите на формирането и развитието на новия индивид: преформационизъм, пангенеза и епигенеза. Преформационизмът установява, че развитието на тялото не е нищо повече от растеж на организъм, който вече е бил направен (Leucippus de Mileto s.V пр. Н. Е .; De rerum natura, Democritus; Oliva et al., 2008). Любопитното е, че тази теория е в съответствие с наблюденията на Никола Хартсокер през 17 век, когато той представлява предполагаем „хомункул“ в спермата (Hartsoeker, 1649). Тези наблюдения се случват, след като неспокойният холандски търговец и изследовател-аматьор Антони ван Левенхук открива наличието на малки „змии“, когато наблюдава еякулатите от зайци и кучета, използвайки лещи, които той е проектирал (Laine, 2015). По този начин се смяташе, че мъжката гамета е носител на минимална и предварително оформена версия на новото същество и че се нуждае само от правилния терен, за да може да се имплантира и развива (Howards, 1997).

Друга мисловна линия, родена в древна Гърция, е Пангенеза, която установява, че спермата се образува от сумата от малки частици от всички части на тялото, които циркулирайки през кръвта, достигат до тестиса и се предават по време на сексуалния акт на потомството (Анаксагор, Демокрит и Хипократови текстове; sV ac). Това е в основата на хипотезата на Ламарк (19 век) за наследяването на придобитите характеристики, която по-късно е изместена от доказаната и приета теория на еволюцията на Дарвин. Любопитното е, че в момента сме свидетели на възраждане на някои идеи на Ламарк, основани на научни доказателства, във връзка с трансгенерационното предаване на придобити метаболитни промени, както и други видове промени в следващите поколения, които могат да възникнат през мъжката зародишна линия ( Heard & Martienssen, 2014; Castillo et al., 2018).

И накрая, в древна Гърция се появява теорията за епигенезата, която установява, че възрастните органи не са съществували в началото, а са се формирали по време на развитието (Аристотел, 350 г. пр. Н. Е.). С навлизането на новите технологии през 19 век тази теория сложи край на преформационизма (Birkhead and Montgomerie, 2009).

18-ти и 19-ти век се отличават с многобройни постижения в областта на човешкото размножаване, като се откроява биологът Лацаро Спаланцани, наречен „Биолог на биолозите“ или „Великолепният“ (1729-1799), който заявява, че наличието на сперма, която беше доказано чрез извършване на инсеминации при кучета, което му позволи да заяви с пълна сила, че спонтанното генериране е абсолютно фалшиво и невъзможно.

Изследователите Жан-Луи Прево (1790–1850) и Жан Баптист Дюма (1800–1884) публикуват, че мъжките, отговорни за оплождането, са сперматозоиди и че следователно това не са прости паразити на семенната течност, както се смята първоначално („Sur les animalcules spermatiques des divers animaux ", 1821). Малко след това Карл Ернст фон Баер (1792–1876) въвежда термина сперма и успява да идентифицира ооцитите в яйчниците на бозайници и жени, констатация, която той публикува в „De ovi mammalium et homonis genesi“ (Императорска академия на науките в Санкт Петербург, 1827). Оскар Хертуиг (1849–1922), демонстрира, че за успешното размножаване сливането на двете гамети е от съществено значение.

Въпреки това, едва през първите десетилетия на миналия век, когато започва стандартизацията и нормализирането на семенните изследвания във връзка с брачната плодовитост (Andrade-Rocha, 2009), установявайки се окончателно и без неяснота, неговата оценка, за да се опита да се определи и следователно да се коригира възможната причина за стерилитет на двойката (Arteaga, 1929)

Безспорната звездна роля на сперматозоидите губеше стойност, докато през втората половина на миналия век ролята му в генезиса на ембрион беше сведена до минимум и на практика беше отнесена до ролята на прост носител или "носител" на бащиния геном ( Oliva and Ballescà, 2012; Castillo et al., 2018).

Появата на така наречените омически техники в момента позволява отварянето на нови и много различни хоризонти, като същевременно позволява на сперматозоидите да си възвърнат много видна роля.

Интегрирането на информация и данни, получени чрез тези техники с висока разделителна способност, като масова спектрометрия и масивно нуклеотидно секвениране, разкрива компоненти на спермата, които играят решаваща роля не само в оплождането на яйцеклетката, но и във формирането и качеството на новия ембрион и следователно във възможностите му за еволюционно оцеляване и имплантиране, докато не се породи ново същество (Oliva et al., 2010; Amaral et al 2013; Azpiazu et al., 2014; Paiva et al., 2015; Codina и др., 2015; Castillo et al., 2018).

Сперматозоидите са продукт, получен в резултат на много сложен процес на клетъчна диференциация, сперматогенеза, който се състои в това, че недиференцирана клетка, сперматогония, претърпява редица важни генетични, хроматинови, биохимични и структурни модификации, които й придават много специфични характеристики. Специфични и единични, пораждайки единствената клетка в организма, способна да се движи автономно. Но за да придобие тази независима подвижност, спермата, веднъж генерирана в лумена на семенните каналчета, все още трябва да претърпи редица важни модификации, които ще извърши по време на транзита си през семенния тракт, особено през няколко метра от епидидимис и чрез обмена на молекулни компоненти с течностите на спомагателните полови жлези. По време на този процес на узряване спермата ще претърпи важни промени, особено в нейното уплътняване на хроматин и в резултат на всички тези промени, тя най-накрая ще придобие способността си да се движи автономно (Cooper and Yeung, 2006; Amaral et al., 2014; Jodar et al., 2012).

Лесното разположение в изследователските лаборатории за получаване на сперматозоиди и голямото му изобилие в един еякулат, благоприятстват внимателното му проучване, което улесни, че общо 6871 протеини и протеини са идентифицирани в протеома на човешката сперма в момента. Знаем, че тя изключително допринася за част от бластоцистния протеом (Castillo et al., 2018).

Разпределението на съдържанието на хроматин в сперматозоидите не е по анархичен и неподреден начин, но е перфектно структурирано в два домейна, единият от ДНК вериги, опаковани от нуклеозоми с хистони, а другият от по-компактни блокове, съдържащи опакована ДНК и протамините. Тази структура може да отбележи кои гени ще са необходими на ембриона във фазите на ранното му развитие (Hammoud et al., 2009; Castillo et al., 2014; Castillo et al., 2015).

За да може да оплоди правилно ооцита, сперматозоидите трябва да се хиперактивират, да извършат акрозомичната реакция, да проникнат в женската гамета, да декондензират нейните мембрани, както и нейния хроматин и да активират калциевите канали, които предотвратяват полипенетрацията. Впоследствие геномите на бащата и майката ще бъдат разпознати, слети и активирани и едва около третия ден от развитието, когато ембрионът е вече в 4-8 клетъчен стадий, ще се осъществи активирането на транскрипцията. ембрионалният геном. Сперматозоидите имат съдържание на протеин, което изглежда от решаващо значение за успешното провеждане на всички тези процеси. По-конкретно, днес знаем, че мъжката гамета съдържа 103 протеина, участващи в процесите на оплождане и 93 в ембрионалното развитие преди имплантацията (Castillo et al., 2018).

Логично е, че сперматозоидите трябва да осигурят на яйцеклетката функционална центрозома, необходима за реорганизация на генетичния материал, но също така осигурява протеини, РНК и ДНК с епигенетични белези, които могат да се предадат на потомството. Тези епигенетични белези, присъстващи в ДНК на сперматозоидите във връзка с популацията от РНК и протеини, могат да бъдат определени и обусловени от фактори на околната среда и начин на живот на бащата, като затлъстяване, ранно пушене или наркомания, наред с други недостатъци, които могат да бъдат предадени на техните потомци, дори трансгенерационно, като по този начин засяга бъдещото здраве на генерирания ембрион (Castillo et al., 2014; Castillo et al., 2015; Pantano et al., 2015; Soler-Ventura et al., 2018).

Всички тези знания, заедно с проучвания, проведени от нашата група, свързани с протеомиката на сперматозоидите и семенната плазма с мъжка плодовитост, ембрионално качество и успеха на асистираните репродуктивни техники (Azpiazu et al., 2014; Bogle et al., 2017; Barrachina et al., 2019; Jodar et al., 2017), позволяват на сперматозоидите да си възвърнат важна роля, което изглежда позволява ролята на бащата при формирането на нов индивид да бъде изяснена в близко бъдеще.