SỰ DI CHUYỂN CỦA GIAO TỬ TRONG ĐƯỜNG SINH DỤC VÀ THỤ TINH
GIỚI THIỆU
Sau khi được tạo ra từ quá trình sinh tinh và sinh noãn, các giao tử (tinh trùng và noãn) sẽ di chuyển trong đường sinh dục để đến được vị trí thụ tinh. Noãn được vận chuyển vào vòi trứng của đường sinh dục nữ, còn tinh trùng được vận chuyển ra khỏi đường sinh dục nam, vào đường sinh dục nữ để đến vị trí của noãn. Bên cạnh việc đến được nơi thụ tinh, quá trình di chuyển của tinh trùng còn giúp tinh trùng trải qua những biến đổi cần thiết để chuẩn bị cho sự thụ tinh. Sự di chuyển của giao tử thay đổi tùy theo loài, tuy nhiên quá trình này lại có một số điểm giống nhau nhất định giữa các loài, chẳng hạn tinh trùng phải trải qua hiện tượng hoạt hoá, tăng động, phản ứng cực đầu trước khi thụ tinh; số lượng tinh trùng được phóng tinh khác nhau nhưng lại gần như tương đương ở vị trí thụ tinh; vị trí xảy ra hiện tượng thụ tinh hầu như không phụ thuộc vào tốc độ vận chuyển của noãn, cuối cùng chỉ có một tinh trùng xâm nhập được và thụ tinh với noãn.
Thụ tinh là một quá trình phức tạp gồm nhiều chuỗi sự kiện xảy ra nối tiếp nhau, bắt đầu từ lúc tinh trùng đến tiếp xúc với màng trong suốt của noãn và kết thúc là sự hoà nhập giữa tinh trùng và noãn để tạo thành hợp tử. Mặc dù đã được nghiên cứu từ nhiều năm, nhưng cho đến nay, một số hiện tượng và cơ chế thụ tinh vẫn chưa được lý giải rõ ràng.
Ở đây, chúng tôi đề cập đến sự di chuyển của giao tử trong đường sinh dục và cơ chế của sự thụ tinh.
SỰ DI CHUYỂN CỦA TINH TRÙNG
Sự di chuyển của tinh trùng trong đường sinh dục nam
Tinh hoàn chứa hai loại tế bào là tế bào Sertoli và các tế bào mầm sinh dục, trong đó tế bào mẩm sinh dục đảm nhiệm vai trò sinh tinh trùng. Từ lúc sinh ra cho đến trước khi dậy thì, các tế bào mầm sinh dục tồn tại ở nhiều giai đoạn phân chia và biệt hoá khác nhau. Vào thời điểm dậy thì, các tế bào mầm sẽ tiếp tục quá trình phân chia để tạo ra tinh tử, sau đó tinh tử biệt hoá thành tinh trùng. Quá trình sinh tinh xảy ra tại các ống sinh tinh trong tinh hoàn, sẽ tạo ra tinh trùng có hình dạng đặc trưng của giao tử đực, với ba phần gồm (1) đầu chứa bộ gene di truyền của cá thể; (2) cổ chứa các bào quan cần thiết cho sự di chuyển (ti thể tạo năng lượng cho tinh trùng di động) và thụ tỉnh với noãn (trung thể tạo thoi vô sắc sau khi thụ tinh); và (3) đuôi là cơ quan chính giúp tinh trùng tự di chuyển.
Các thay đổi của tinh trùng trong quá trình di chuyển
Sau khi được hình thành, đa số tinh trùng vẫn chưa tự di động được. Chúng được vận chuyển một cách thụ động từ tinh hoàn đến lưới tinh nhờ dòng chảy của dịch tiết từ các tế bào Sertoli. Từ lưới tinh vào các ống góp, sự vận chuyển tinh trùng được hỗ trợ bởi sự tái hấp thu dịch xảy ra trong ống góp, theo hướng từ lưới tinh về phía ống góp, nhờ đó đẩy tinh trùng theo hướng tái hấp thu. Khi đã vào ống góp, sự chuyển động về hướng mào tinh của các lông mao biểu mô ống góp cùng với hoạt động co thắt của cơ trơn thành ống giúp đẩy tinh trùng từ ống góp vào mào tinh.
Mào tinh là một ống dài hơi xoắn, phủ bờ sau của tinh hoàn, gồm 3 đoạn: đầu, thân và đuôi. Ranh giới giữa 3 đoạn này không rõ ràng và chức năng của mỗi đoạn có thể thay đổi tùy theo loài. Tinh trùng được vận chuyển trong mào tinh chủ yếu nhờ sự co thắt có tính nhu động của cơ trơn, một phần nhờ sự chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh trong lòng ống.
Từ mào tinh, tinh trùng được vận chuyển vào ống dẫn tinh chủ yếu bởi dòng chảy đều đặn của dịch tiết từ mào tinh. Ống dẫn tinh là một ống dài có thành cơ trơn dày, ở một số loài có một đoạn căng phồng gọi là bóng ống dẫn tinh. Trong quá trình xuất tinh, sự co thắt có tính nhu động một cách mạnh mẽ của cơ trơn thành ống dẫn tinh giúp đẩy tinh trùng dọc theo 2 ống dẫn tinh tiến về phía đoạn bóng và vào niệu đạo.
Hệ giao cảm có vai trò quan trọng trong sự di chuyển của tinh trùng vào niệu đạo, thông qua các phóng thích noradrenaline dẫn đến sự hoạt hoá cơ trơn của ống dẫn tinh và niệu đạo. Còn trong quá trình phóng tỉnh, lực đẩy tinh trùng tới xuất phát từ sự co thắt theo nhịp của 2 nhóm cơ vân nằm xung quanh niệu đạo trong dương vật và khung chậu là cơ ngồi hang và cơ hành xốp.
Vào thời điểm phóng tinh, tinh trùng được đưa nhanh chóng dọc theo ống dẫn tinh vào niệu đạo, trên đường đi tinh trùng được hoà với dịch tiết của các tuyến sinh dục phụ gồm túi tinh, tiền liệt tuyến, tuyến hành niệu đạo (tuyến Cowper) và tuyến niệu đạo (tuyến Littré). Tất cả những dịch tiết này tạo thành tinh tương. Ở người, phần lớn tinh tương do túi tinh (60%) và tiền liệt tuyến (30%) tiết ra, những chất tiết này chứa các thành phần hoá học khác nhau. Dịch tiền liệt tuyến chứa acid citric, acid phosphatase, kẽm và magie, còn dịch túi tinh thì giàu fructose và ở nhiều loài có chứa các acid béo chuỗi dài như prostaglandin. Độ pH trung bình của tinh tương khoảng 7,2 – 7,8 do sự trung hoà giữa tính acid của dịch tiền liệt tuyến và tính kiểm của dịch túi tinh. Tinh tương cùng với tinh trùng tạo thành tinh dịch. Thể tích tinh dịch tối thiểu được cho là bình thường ở người trong một lần xuất tinh là 1,5 ml
Thời gian cần thiết để vận chuyển tinh trùng từ đầu đến đuôi mào tinh khoảng 3 – 5 ngày tùy theo loài. Thời gian tổng cộng để vận chuyển tinh trùng từ lòng ống sinh tỉnh ra đến nơi dự trữ (đuôi mào tinh) trước khi giao hợp và phóng tinh khoảng 10 – 14 ngày
SỰ TƯƠNG TÁC CỦA TINH TRÙNG TRONG ĐƯỜNG SINH DỤC NỮ
Khi giao hợp, tinh trùng được phóng vào trong âm đạo. Tinh trùng phải sống sót trong môi trường acid cao trong âm đạo và phải vượt qua dịch nhầy cổ tử cung trước khi vào buồng tử cung. Việc tiếp xúc với các dịch tiết khác nhau trong âm đạo kích hoạt tinh trùng để bắt đầu quá trình hoạt hoá. Dòng chảy chất nhầy cổ tử cung làm sạch mầm bệnh, loại bỏ tinh trùng bất động. Dòng chất dịch tự nhiên lựa chọn tinh trùng khỏe mạnh tiến đến tử cung. Tại tử cung, các thể thực bào sẽ loại bỏ tỉnh trùng yếu hơn. Sau đó, tinh trùng phải trải qua quá trình hoạt hoá, là quá trình cần thiết, hoàn thành sự thay đổi sinh lý để tinh trùng có khả năng thụ tinh với noãn. Hoạt hoá tăng động giúp tinh trùng vượt qua chất nhầy cổ tử cung do biểu mô ống dẫn trứng tiết ra. Hành trình của tinh trùng trong hệ thống ống sinh dục phụ nữ như sau:
– Từ âm đạo đi đến tử cung tại thời điểm thụ tinh (tinh trùng cần được hoạt hoá tăng động, chống lại hệ thống miễn dịch, thay đổi các protein cần thiết).
– Liên kết với các tế bào biểu mô trong ống dẫn trứng để tạo thành một bể chứa tinh trùng.
– Sự hoạt hoá để tinh trùng trưởng thành có thể thụ tinh với noãn (cần nhiều con đường truyền tín hiệu khác).
– Di chuyển từ tế bào biểu mô ống dẫn trứng đi qua các vùng trung gian và ống dẫn trứng (tinh trùng cần hoạt hoá tăng động, hướng hoá và hướng nhiệt).
Ống dẫn trứng hướng tinh trùng đến nơi thụ tinh thông qua 3 cơ chế: theo dòng chảy, theo nhiệt hướng động và hoá hướng động
SỰ DI CHUYỂN CỦA NOÃN
Noãn được phóng thích từ buồng trứng trong quá trình rụng trứng và được vòi Fallopian đón lấy. Các tế bào hạt bao quanh noãn tạo thành phức hợp noãn – tế bào hạt (COC). Trong ống dẫn trứng, tế bào cumulus là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho noãn. Các tế bào cumulus sử dụng glucose để tạo năng lượng cho chúng và sản xuất nguồn năng lượng cần thiết cho noãn. Tế bào cumulus làm cầu nối giữa môi trường và noãn thông qua các vùng kết nối.
Noãn không có khả năng di chuyển như tinh trùng mà phải di chuyển thụ động. Nghiên cứu cho rằng những thay đổi nhỏ trong sự nở rộng của cumulus cũng ảnh hưởng đến kết dính ban đầu của phức hợp COC, tế bào biểu mô của tai vòi và gây cản trở sự di chuyển của noãn. Hai thành phần quan trọng liên quan đến việc noãn di chuyển đến vị trí thụ tỉnh là: sự co thắt các tế bào cơ trơn dọc theo ống dẫn trứng và cử động của lông mao tế bào biểu mô
Sự liên kết ban đầu của noãn và biểu mô ống dẫn trứng thông qua tương tác giữa phức hợp COC và tế bào biểu mô. Các vì sợi của tế bào cumulus gắn vào gốc glycol của tế bào biểu mô ở lối vào của tai vòi. Sau đó, COC được rút vào trong ống dẫn trứng và sẵn sàng cho thụ tinh. Nếu sự co thắt ống dẫn trứng bị thay đổi, noãn sẽ không đến được nơi thụ tinh. Phôi và noãn di chuyển với tốc độ khác nhau trong ống dẫn trứng ngựa và chuột vì prostaglandin từ phôi liên quan đến quá trình di chuyển này.
Các đặc điểm khác của ống dẫn trứng hướng đến sự thụ tinh
Tinh trùng tự định hướng bằng cách phản ứng với môi trường ống dẫn trứng để tiếp tục con đường đi đến thụ tinh. Ống dẫn trứng cũng phản ứng trở lại với sự có mặt của tinh trùng và tối ưu hoá môi trường trong ống dẫn trứng bằng cách điều chỉnh độ nhớt của dịch tiết, độ co thắt cơ trơn và bằng cách tăng khả năng nhận biết tinh trùng – noãn.
Dịch tiết ống dẫn trứng
Tinh trùng tắm trong dịch tiết ống dẫn trứng để tiến về phía noãn để thụ tinh. Chất dịch trong ống dẫn trứng được tạo ra từ các tế bào tiết của ống dẫn trứng và được điều hoà bởi estrogen (E₂).
Estrogen và các hormone khác
Nồng độ protein của ống dẫn trứng thấp nhất khi rụng trứng và cao nhất trong giai đoạn hành kinh. Sự thay đổi nóng độ protein và thành phần của nó có thể làm thay đổi độ nhớt của dịch tiết, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy của chất dịch. Tế bào biểu mô ống dẫn trứng cảm ứng sự thay đổi của độ nhớt bằng kênh TRPV4 (Transient receptor potential vanilloid 4). TRPV4 phát hiện phospholipase trong dịch tiết ống dẫn trứng và điều chỉnh tần số chuyển động của lông mao cho dòng dịch tiết di chuyển nhanh hơn khi độ nhớt quá cao. Ống dẫn trứng cũng có thể cảm nhận sự hiện diện tinh trùng và điều chỉnh nồng độ protein bằng cách tăng protein sốc nhiệt 70 (HSP70), chất chống oxy hoá trong chất lỏng ống dẫn trứng, có thể làm giảm stress cho tinh trùng
Quá trình co thắt cơ trơn
Sự co thắt cơ trơn trong ống dẫn trứng được điều chỉnh bởi prostaglandins (PGs) thông qua các thụ thể prostanoid, được điều hoà bởi E2. Nghiên cứu cho thấy quá trình co thắt được điều khiển bởi E2 và P4 vì thụ thể E, và progesterone (ER và PGR) hiện diện trong tế bào kẽ trong lớp tế bào cơ của ống dẫn trứng. Chức năng của co cơ giúp tinh trùng di chuyển. Suarez và cộng sự cho thấy sự co cơ giúp tinh trùng đi qua cổ tử cung hơn là có vai trò giúp tinh trùng di chuyển nhanh
SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA TINH TRÙNG VÀ NOÃN
Trong hỗ trợ sinh sản, mặc dù kĩ thuật ICSI đã giúp tinh trùng vượt qua giai đoạn đầu của quá trình thụ tinh, trong đó có sự hoạt hoá tinh trùng, sự tương tác của các giao tử nhưng để thụ tinh thành công vẫn cần sự hoạt hoá chính xác và được điều khiển của cả tinh trùng và noãn.
Sự thụ tinh diễn ra bên trong ống sinh dục nữ, phụ thuộc vào hai cấu trúc: cực đầu của tinh trùng và màng trong suốt của noãn. Ba sự kiện chính liên quan đến sự tương tác của tinh trùng và noãn gồm: 1) tinh trùng gắn vào màng trong suốt; 2) tinh trùng xảy ra phản ứng cực đầu, phóng thích các enzyme phân huỷ và lộ ra màng cực đầu bên trong; 3) màng tinh trùng tương tác với màng bào tương của noãn và hai màng hoà vào nhau
Để phát triển đầy đủ các đặc điểm cần thiết cho quá trình thụ tinh, sau khi xuất tinh tinh trùng cần di chuyển đến hệ thống ống sinh dục nữ để trải qua các biến đổi về phân tử, sinh hoá và sinh lý. Các thay đổi được khởi phát bởi các tín hiệu từ môi trường, sự tương tác của tinh trùng với noãn và các yếu tố ngoại bào. Sự biến đổi của tinh trùng gồm biến đổi trong độ di động, hoạt hoá, phản ứng cực đầu, sự xâm nhập vào màng trong suốt, sự gắn kết với noãn và sự hoà màng.
Sự di động
Tinh trùng được sản xuất ở tình hoàn và chỉ di động khi xuất tinh và hoạt hoá. Sự di động bắt đầu ngay khi có sự xáo trộn của điều kiện môi trường. Các nghiên cứu cho sự di động của tinh trùng liên quan đến pH nội bào. Sự tăng pH nội bào kích hoạt sự di chuyển của tinh trùng. Cùng với sự tăng pH, một trong những yếu tố chính liên quan đến sự điều hoà sự di động của tinh trùng là sự gia tăng cAMP nội bào. Sự di động của tinh trùng cũng phụ thuộc vào sự hiện diện của ion Ca2+
Khi ở trong đường sinh dục nữ, tinh trùng di động hướng về noãn do đáp ứng với gradient nồng độ hoá học. Ở tinh trùng người, acid nitric được cho là yếu tố hướng hoá thông qua sự truyền tín hiệu liên quan đến sự tổng hợp cGMP và hoạt hoá của protein kinase phụ thuộc cGMP. Sự đi vào của Ca²+ là yếu tố quan trọng trong sự điều hoà hướng hoá của tinh trùng. Trong vài thập kỷ qua, một số bằng chứng cho thấy tinh trùng đáp ứng với các chất hướng hoá tiết ra từ noãn, các tế bào xung quanh và môi trường xung quanh. Dịch nang chứa các chất tiết từ noãn và các tế bào cumulus. Các nghiên cứu cho thấy chỉ dịch nang từ noãn có khả năng thụ tinh mới có tính hướng hoá
Nhiều hợp chất được cho là có tiềm năng hướng hoá trong dịch nang như peptide, heparin, hormone và oxytocin nhưng chỉ progesterone (P4) được chứng minh gây sự tích luỹ tinh trùng ở người
Hoạt hoá tinh trùng
Tinh trùng không có khả năng thụ tinh sau khi xuất tinh. Chúng phải được hoạt hoá để có thể thụ tinh sau khi di chuyển trong ống sinh dục nữ. Tinh trùng trải qua các biến đổi dưới sự kích hoạt của các phần khác nhau thuộc hệ thống ống sinh dục nữ, nơi phóng thích các thành phần protein đặc biệt, glycosylation và sự thuỷ phân của chất nhấy cổ tử cung. Hơn nữa, các vị chất chứa trong huyết tương có thể cũng đóng vai trò đáng kể trong kích hoạt sự di động của tinh trùng
Trong quá trình hoạt hoá, tinh trùng trải qua một chuỗi các thay đổi giúp chúng gắn kết và xâm nhập vào noãn. Những thay đổi này bao gồm tăng tính lỏng của màng, sự thoát ra của cholesterol, phóng thích các ion làm thay đổi tiềm năng của màng, tăng sự phosphoryl hoá tyrosine, kích hoạt quá trình tăng động và phản ứng cực đầu. Thời gian cho quá trình này mất khoảng 6 giờ ở người
Để quá trình hoạt hoá diễn ra, tinh trùng cần cung cấp đầy đủ năng lượng từ các phản ứng sinh hoá nội bào như sự oxy hoá các hợp chất năng lượng, phosphoryl hoá các protein và chuyển đổi từ năng lượng hoá học thành năng lượng cơ học. Sự thuỷ phân glucose và phosphoryl hoá oxy hoá ti thể là các chu trình sinh hoá chính tạo ra nguồn năng lượng ATP
Sự gắn kết sơ cấp của tinh trùng với noãn
Sự gắn sơ cấp đầu là tương tác vật lý đầu tiên của các giao tử liên quan đến nhận diện đặc trưng loài của các cấu trúc và phân tử. Theo nguyên tắc chung, một phân tử trên tinh trùng sẽ nhận diện và gắn với phân tử bổ sung trên vỏ của noãn. Cấu trúc chính liên quan đến sự gắn kết giữa các giao tử tương tự ở tinh trùng của các loài khác nhưng có sự khác biệt ở noãn. Cơ chế nhận diện giao tử ở động vật có vú dựa trên tương tác protein-carbohydrate giữa tinh trùng và noãn.
Zona Pellucida (ZP) là một cấu trúc đàn hồi được hình thành bởi mạng lưới sợi và tơ, gồm 4 glycoprotein (ZP1, ZP2, ZP3, ZP4) được tổng hợp và tiết ra trong quá trình noãn phát triển. ZP3 có vai trò trong nhận diện và bám dính đặc trưng loài của tinh trùng. Nhiều tác giả gợi ý rằng ZP1, ZP3 và ZP4 có vai trò hoạt hoá tinh trùng và khởi phát phản ứng cực đầu trong khi ZP2 chỉ hoạt hoá acrosome của tinh trùng và được xem là thụ thể tinh trùng thứ cấp
Ở người, một đồng đẳng của glycoprotein PH-20 hiện diện trên đầu tinh trùng được xác định là đóng vai trò trong liên kết tỉnh trùng với ZP noãn thông qua hoạt động của hyaluronidase. Các nghiên cứu gần đây xác định ligand thứ hai trên vỏ noãn có nguồn gốc từ chất tiết vòi trứng, hoạt động như phân tử độc lập với ZP3. Đây là cao phân tử tham gia vào sự gắn kết tinh trùng ban đầu
Phản ứng cực đầu
Cực đầu là túi tiết nằm trên đầu tinh trùng, có một màng ngoài nằm bên dưới màng bào tương tinh trùng và một màng bên trong bao phủ màng nhân. Hai màng liên tục nhưng song song bao phủ một khoảng không gian chứa các enzyme thuỷ phân gồm hyaluronidase, acrosin, proacrosin, phosphatase, arylsulfatase, collagenase, phospholipase C và ẞ-galactosidase. Cực đầu có nguồn gốc từ hệ thống Golgi của các tinh tử sớm. Khi tinh trùng được hoạt hoá gắn vào màng trong suốt, tính thấm của màng bào tương tinh trùng bị thay đổi, gây nên sự thay đổi nhất thời nồng độ của một vài ion nội bào. Điều này kích hoạt phản ứng cực đầu. Phản ứng gồm ba giai đoạn:
– Màng ngoài cực đầu hoà với màng bào tương phủ lên đầu tinh trùng làm phóng thích các chất bên trong.
– Hạt nhỏ cực đầu vỡ ra, phóng thích lysine. Những enzyme này hoà tan màng trong suốt.
– Khi màng bào tương đầu tinh trùng tương tác với màng bào tương noãn, hai màng bào tương dung hợp.
Phản ứng cực đầu diễn ra rất nhanh, chỉ khoảng 2- 15 phút in vitro, được duy trì bởi sự gia tăng nồng độ Ca²+ gây nên sự hoà màng và phóng thích vật chất bên trong cân thiết cho hoạt hoá phospholipase và cho sự dung hợp của màng cực đầu bên ngoài với màng bào tương
Phản ứng cực đầu chỉ xảy ra khi có sự hiện diện của ion Ca2+, có thể được khởi phát nhân tạo bằng canxi ionophore A23187, hoá chất mang Ca²+ xuyên màng vào bào tương của noãn hoặc đơn giản là làm tăng nồng độ ion Ca2+ ngoại bào. pH cao khoảng 9 – 9,5 cũng kích hoạt phản ứng cực đầu. Phản ứng cực đầu diễn ra song song với hoạt hoá noãn. Sự tràn vào của ion Ca2+ kích hoạt sự hoà màng cực đầu và giải phóng các chất bên trong
Phản ứng cực đầu diễn ra không đảm bảo sự thụ tinh xảy ra in vitro. Trong in vivo rất ít tinh trùng tới được vị trí thụ tinh và sự thụ tinh diễn ra trước khi khối cumulus phân rã.
Sự hoạt hoá noãn
Sự trưởng thành tế bào chất
Để có thể thụ tinh thành công và phát triển phôi ở giai đoạn sớm noãn căn trưởng thành tế bào chất. Quá trình này song song diễn ra với quá trình hoạt hoá tinh trùng. Gồm:
– Nhân tố điều chỉnh pha M (M-phase promoting factor – MPF) được biểu hiện ở mức độ cao.
– Tăng nồng độ các nhân tố hiện diện trong noãn như c-mos, mitogen activated protein kinase (MAPK) và hoạt động của p34cdc2.
– Trục xuất thể cực thứ nhất.
– Hầu hết quá trình phiên mã kết thúc trước GVBD và chuyển sang dự trữ mRNA.
Các nhân tố hoạt hoá noãn
Sự kiện đầu tiên trong quá trình hoạt hoá noãn là sự tăng các ion xuyên màng bào tương. Ở người, tinh trùng tạo ra một dòng điện bên ngoài noãn bằng cách hoạt hoá kênh Kẻ được điều khiển qua cổng Ca².
Có ba giả thuyết cho sự hoạt hoá noãn trong đó giả thuyết dựa trên các phân tử khuếch tán/sự đóng gói của phân tử hiện diện trong bào tương tinh trùng được ủng hộ hơn cả. Các phân tử này sẽ được chuyển vào bào tương noãn khi dung hợp và kích hoạt các sự kiện hoạt hoá. Giả thuyết trên được gọi là mô hình yếu tố hoà tan.
Đóng vai trò trung tâm trong sự huy động và phóng thích Ca của sự thụ tinh là phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate (PIP2). Enzyme PLC chịu trách nhiệm cho sự ly ly giải của PIP, màng, trong đó PLCV là isoenzyme cho tất cả các đặc tính cụ thể của chu trình yếu tố hoà tan
Noãn được kích thích điện tích nhờ các kênh ion trên màng bào tương. Sự thay đổi điện tích của màng bào tương noãn là sự kiện quan trọng trong quá trình hoạt hoá noãn
Sự gia tăng Ca²+ nội bào tự do gần như là tín hiệu kích hoạt chuỗi các sự kiện dẫn đến sự hoạt hoá noãn. Nó được mô tả là các dao động tuần hoàn với biên độ và tần số phụ thuộc loài, đồng thời quan trọng cho sự hoạt hoá noãn thành công và sự phát triển của phôi. Những đo lường trực tiếp về sự thay đổi Ca² nội bào ở noãn người vào thời điểm thụ tỉnh cho thấy sóng Ca²+ có vai trò hoạt hoá noãn và sự biến động của các sóng này kéo dài từ vài phút lên đến vài giờ. Nguồn cung cấp chính dự trữ Ca²+ là mạng lưới nội chất trơn nơi hiện diện IP3 và các thụ thể ryanodine
Sự dung hợp của tinh trùng và noãn
Quá trình hoà màng giữa các giao tử phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và Ca2+. Sự dung hợp xảy ra do sự hỗ trợ của các protein màng. Trong quá trình xâm nhập vào màng trong suốt, tinh trùng mất dần cực đầu và chỉ màng cực đầu bên trong là trực tiếp tương tác với màng trong suốt
Bề mặt của màng noãn được cấu tạo bởi các vi lông mao ngắn có khoảng cách đều nhau tạo thuận lợi cho sự dung hợp. Ở người, vi lông mao hiện diện trên toàn bộ bề mặt noãn và không phân cực ở giai đoạn này. Màng bào tương tinh trùng còn lại hoà với màng bào tương noãn và đánh dấu điểm xâm nhập. Tinh trùng thụ tinh tiếp tục di chuyển một đoạn khoảng 20 giây sau khi gắn vào bề mặt noãn
Phản ứng vỏ
Hạt vỏ là những bào quan gắn màng hình cầu chứa các enzyme và mucopolysaccharide, nằm ở khu vực ngoại vi của noãn. Sau khi tỉnh trùng xâm nhập, ngay lập tức những tế bào hạt này hoà với màng bào tương noãn và giải phóng các chất chứa trong nó vào khoang quang noãn. Phản ứng vỏ này là chỉ thị hình thái đầu tiên của sự hoạt hoá noãn. Sự đóng góp của hạt vỏ và phản ứng vỏ theo. sau dao động Ca là các yếu tố chìa khóa trong ngăn chặn đa thụ tinh thành công. Ca2+ phóng thích từ mạng lưới nội chất phụ thuộc vào chất lượng và số lượng ti thể. Đây được xem là dấu hiệu chính đánh giá chất lượng noãn vì lượng DNA ti thể thấp cho thấy khả năng kém phát triển của noãn
Sau khi xâm nhập vào màng trong suốt và bào tương, nhân trần của tinh trùng di chuyển vào lõi của noãn, di chuyển theo chiều ngang, xoay 180° và trong 10 phút tiếp theo bắt đầu hình thành tiền nhân đực. Ti thể và đuôi của tinh trùng cũng vào bào tương nhưng sẽ phân huỷ sau đó.
Vượt qua giai đoạn nghỉ MII
Tín hiệu giúp noãn vượt qua giai đoạn nghỉ và tiếp tục giảm phân là sự tăng ion Ca2+ phóng thích từ các kênh lưu trữ trong các sóng dao động tuần hoàn.
Ở noãn, Ca2+ liên quan đến sự tái khởi động các chu kì tế bào gồm các yếu tố như PKC, CAMKII, calcineurin, mục tiêu là kinases và phosphatases. Kẽm cũng là một trong những yếu tố liên quan đến các chu trình hoạt hoá trong sự hoạt hoá noãn và hoàn tất giảm phân.
Trung thể và trung tử
Trung thể cung cấp tâm phân chia cho giao tử mới, hình thành nền tảng cho thoi vô sắc nguyên phân. Trong tế bào soma, cấu tạo của trung thể gồm hai cấu trúc gọi là trung tử. Trong suốt kì trung gian, trung thể phân chia để hình thành các cực của thoi vô sắc và giúp phân chia nhiễm sắc thể về mỗi tế bào chị em trong quá trình phân chia. Ngược lại trong quá trình sinh trứng, trung thể thoái hoá sau giảm phân và biến mất khỏi noãn. Do đó, noãn sẽ không có sẵn trung thể nên khi thụ tinh tinh trùng sẽ đóng góp trung thể cho quá trình phân chia. Trung thể của tinh trùng có một trung tử cấu trúc gần nhân và một trung tử thoái hoá xa nhân Sau khi tinh trùng xâm nhập vào noãn, một thể hình sao nhỏ của vi ống phát triển ngoài trung tử và thể sao này giúp định hướng di chuyển của tiền nhân tinh trùng về trung tâm của noãn để tương tác với tiền nhân đang được giải nén của noãn. Vi ống mở rộng từ điểm ở giữa của vị trí chồng lên nhau của hai tiễn nhân và trung tử nhân đôi, di chuyển về hai cực trong suốt kì trước giảm phân để hình thành thoi vô sắc nguyên phân của hợp tử. Trung thể của hợp tử nhân đôi và tách ra trong suốt kì trung gian. Trường hợp đa thụ tinh khi noãn được thụ tinh bởi nhiều hơn một tinh trùng, noãn sẽ phát triển nhiều thể sao.
Sự hình thành tiền nhân
Trong quá trình sinh tinh, sự biểu hiện gene bị giảm, sự phiên mã bị dừng và NST tinh trùng đóng gói một cách chặt chẽ. Cầu nối disulfite trong protamine làm cho đầu tinh trùng cứng và dễ dàng xâm nhập vào màng zona. Các liên kết chéo của protamine được điều hoà bởi Zn2+ có trong tuyến tiền liệt. Khi nhân tinh trùng vào trong bào tương của noãn, quá trình bị đảo ngược với sự thay đổi trong hình thái và quá trình sinh hoá. Màng tinh trùng vỡ ra và dưới tác động của các yếu tố trong bào tương noãn, nhân tinh trùng bắt đầu giãn ra, giải nén và vì thế các đoạn nhiễm sắc chất được giải phóng vào bào tương
Noãn ở giai đoạn kì giữa của giảm phân II lúc tinh trùng xâm nhập vào và khi nhân tinh trùng giải nén, noãn chuyển từ kì giữa giảm phân II sang kì cuối. Trong suốt kì cuối, nhân tinh trùng hoàn tất quá trình giải nén trong khi đó noãn hình thành tiền nhân. Trong khoảng từ 4 đến 7 giờ sau dung hợp, một màng nhân mới hình thành quanh NST được giải nén của tinh trùng và noãn, tạo thể hạt nhân chứa gene của cả hai bộ NST. Bào tương noãn chứa các yếu tố cần thiết cho sự phát triển của tiền nhân đực. Thể sao tinh trùng trên nền vi ống hình thành và bắt đầu sự kết hợp của hai tiền nhân.
Thể tiên hạt nhân và hạch nhân
Khi hai tiến nhân được hình thành ở hợp tử, chúng chứa cấu trúc thể tiên hạt nhân (nucleolar prescursor body – NPB). Mô tả cơ chế của NPB và sự hình thành nhân ở phôi người gồm 4 giai đoạn:
– rDNA không hoạt động vẫn chưa xâm nhập vào nhân đồng nhất trước đó (tiên hạt nhân)
– rDNA xâm nhập vào nhân không đồng nhất trước đó và tổng hợp tiền rRNA chưa hoạt động
– Sự sản xuất tiền rRNA được kích hoạt dần dần trong hạch nhân sợi – hạt nén
– Sự tổng hợp tiền rRNA hoạt động và quá trình xử lý xảy ra ở hạch nhân hình lưới
Hạch nhân của cả tiền nhân bố và mẹ có nguồn gốc từ mẹ, xuất phát từ các phần còn lại của hạt nhân mẹ tiếp tục được sử dụng ở thời điểm vỡ ra của túi. Phôi không có sự hiện diện của hạch nhân ở thời điểm thụ tinh dự đoán tiềm năng phát triển thành phôi nang thấp.
Sự hòa màng
Sau khi hình thành tiền nhân bố và mẹ, trong vài giờ tiếp theo chúng dần dần di chuyển về trung tâm của noãn cho đến khi giao nhau. Trong suốt quá trình này, DNA được tổng hợp chuẩn bị cho sự phân bào lần đầu tiên. Thoi vô sắc kì giữa giảm phân hình thành và NST được xếp thẳng hàng tại vị trí xích đạo của thoi vô sắc. Từ khoảng 18 – 24 giờ sau khi hợp tử dung hợp, hai phần của NST hoà vào nhau tạo nên sự hoà màng. Một đường phân chia hình thành và phân chia thành hai tế bào.
KẾT LUẬN
Để đến được vị trí thụ tinh, tinh trùng và noãn phải di chuyển trong đường sinh dục nữ dưới sự hỗ trợ của nhiều yếu tố. Trong quá trình đó, chúng trải qua các biến đổi để hoàn tất quá trình trưởng thành và hoạt hoá để chuẩn bị cho sự thụ tinh.
Ở tinh trùng có ba biến đổi quan trọng là hiện tượng hoạt hoá, tăng động và phản ứng cực đầu. Ở noãn có thể có hiện tượng hướng hoá nhờ chất tiết từ các tế bào quanh noãn như là nhân tố hấp dẫn tinh trùng. Noãn tiếp tục trưởng thành về tế bào chất và dưới tác động của tinh trùng hoàn tất quá trình giảm phân. Mục đích cuối cùng của thụ tinh là tạo ra cá thể mới mang bộ gene của cả bố và mẹ.
Sự hiểu biết tốt hơn về sinh lý của các giao tử và cơ chế của các quá trình hoạt hoá giúp cải thiện tỉ lệ điều trị thành công trong hỗ trợ sinh sản
