Roles of acrosomal proteins in fertilization

Abstract

Akrozom je klíčovou organelou pro spermii. Poruchy v jeho biogenezi vedou často k defektnímu vývoji spermie a neschopnosti úspěšně oplodnit vajíčko. Ačkoli je zřejmé, že akrozom je pro spermii důležitý, stále není vyřešeno v čem spočívá jeho hlavní funkce. Prvotní hypotéza zněla, že akrozom je důležitý pro průchod extracelulárními obaly vajíčka. K této teorii přispívá také fakt, že je akrozom plný proteolytických enzymů a inhibice těchto enzymů, vede ke snížené schopnosti fertilizace. Nicméně tato hypotéza začala být zpochybňována, když bylo zjištěno, (i) že spermie po akrozomální reakci, je stále schopna projít extracelulárními obaly a oplodnit vajíčko (ii) že většina spermií dorazí k vajíčku už bez akrozomálního váčku. Proto jsme si v této práci kladli za cíl charakterizovat proteom akrozomu a spermii po akrozomální reakci, identifikovat důležité proteiny pomocí pokročilých bioinformatických přístupů a diskutovat roli akrozomu, jako váčku, který slouží pro uskladnění a degradaci metabolitů, po předešlém procesu zrání. Přinesli jsme tak nové poznatky, které přispívají k hypotéze, že akrozom je organela příbuzná lysozomu. Klíčová slova: spermie, akrozom, nLC-MS/MS, random forest, Lipokaliny, lysosomu- příbuzná organela

The acrosome is a crucial organelle for sperm cells. Defects in the biogenesis of the acrosome often lead to the impaired development of sperm cells and consequently, to the inability to fertilize the oocyte. Although it is evident that the acrosome is an essential structure, its main function has not been solved yet. The initial hypothesis was that the acrosome helps sperm to pass through the extracellular layers of the egg. This statement is based on evidence that acrosome is full of proteolytic enzymes, and inhibition of these enzymes reduces the ability to fertilize the oocyte. However, this hypothesis began to be questioned when it was found that (i) acrosome-reacted sperm cells are still able to pass through extracellular layers and fertilize the oocyte (ii) most of the sperm cells undergo premature acrosomal reaction before they reach the oocyte. Therefore, we aimed to characterize proteomes of the acrosome and acrosome- reacted sperm cells, identify important proteins using advanced bioinformatics approaches and discuss the function of the acrosome as a vesicle that serves to store and process metabolites after the previous maturation process. In this work, we revealed new findings that contribute to the hypothesis that acrosome is a lysosome-related organelle. Key words: sperm, acrosome,...