O.S.E.L. - CatSper – iontový kanál a příčina mužské neplodnosti
 CatSper – iontový kanál a příčina mužské neplodnosti
Kanál nezní zrovna moc libozvučně a lze si pod tím představit ledasco. Tentokrát bude řeč o „dírkách“ v bičících spermií s funkcí spínače forsáže motility. Lze si je představit také jako potrubní poštu, která poslům lásky zvěstuje něco jako: „Jsi blízko, Ty to dáš“! Lenošivé spermie taková informace nejen potěší, ale i povzbudí k činnosti a také určí směr, kterým je třeba se vydat.

Michelangelovo ztvárnění prvotního hříchu v křesťanské teologii, který se předává člověku v okamžiku početí a přechází z generace na generaci. Sixtinská kaple 1508 - 1512.
Michelangelovo ztvárnění prvotního hříchu v křesťanské teologii, který se předává člověku v okamžiku početí a přechází z generace na generaci. Sixtinská kaple 1508 - 1512.

Naše západní kultura měla s představou „vzniku života“ (zrození jedince) hodně dlouho problém. Nejen co se představ o neposkvrněném početí týče, ale i s praktickou stránkou uplatňování znalostí. Ságy Asyřanů a jejich grafické ztvárnění nám dávají najevo, že jsme za nimi svého času v poznatcích biologie reprodukce zaostávali o více než dva tisíce let. Rovněž tak starým Arabům nebyla inseminace v chovatelství cizí. Jejich písemné památky sahají do roku 1332. Křesťanská Evropa si v tom dala načas a s něčím podobným se může pochlubit až v 16. století a to ještě díky pastevcům koz z italského Waresotto. Teprve až Prevost s Dumasem na začátku devatenáctého století nás poučili, že oplození mají na triku spermie. A až na samém konci devatenáctého století (1885) francouzský zvěrolékař Répiquet zveřejňuje informaci, že přenesení spermatu je možné.

 

Ne nadarmo se o početí a vzniku nové bytosti hovoří jako o zázraku. Pravděpodobnost, že na sebe vajíčko se spermií narazí, je zhruba stejná, že se spolu potkají  dva hluší a slepí, kteří si domluvili  rande v  Lese Řáholci. Spermii nestačí jen tak plavat si proti proudu tekutinou proudící vejcovodem. To by svůj cíl minula. Naštěstí vajíčko uvolňuje látky, které spermiím „voní“ a této navigaci se říká chemotaxe. Není to tak dávno, co izraelští vědci z Weizmannova institutu přišli se zprávou, že spermie mají navigační systém ne nepodobný legendární samo naváděcí střele Sidewinder. A že se spermie při hledání „partnerky„ řídí teplem. Přivedlo je k tomu poznání, že lokalita vhodná k oplození - horní třetina vejcovodu, je o něco teplejší než jeho spodní část, kde spermie při svém putování vstříc novým dobrodružstvím nějakou dobu vyčkávají. Než spermie spočinou na „odpočinkovém seřadišti“ ve spodní části vejcovodu, mají už za sebou trmácení se dělohou a protažení se hustým slizem děložního krčku. Dělá to dojem, jako by jim začátek vejcovodu s oporou řasinek přišel vhod. Pravdou ale je, že při svém oddychovém čase nelení a využívají ho ke svému dozrávání. Když se začnou cítit být připravené, nějak se rozhodnou jít dál a kompasem jim je zmíněný teplotní gradient.

Spermie mají svůj kompas. K určení směru využívají termočidla i chemotaxi. Kredit: CC0 Public Domain
Spermie mají svůj kompas. K určení směru využívají termočidla i chemotaxi. Kredit: CC0 Public Domain


Přesným změřením u pokusných zvířat vědci zjistili, že rozdíl mezi teplotami na startu a v cíli je někdy jen půl stupně Celsia. I to spermiím stačí, aby nezabloudily. Je to až k nevíře, neboť to od jejich čidel vyžaduje vyhodnocovat teplotní odchylku 0,0001 stupně Celsia na jeden milimetr. Senzory spermií jsou opravdu tak přesné a rozlišují jednu deseti tisícinu stupně Celsia na milimetr. Paradoxně jim ve finále ani taková přesnost moc platná není. Svůj náklad, pokud by byly odkázány jen na svůj teploměr, by doručit nedokázaly. Vajíčko se do oplození tak trochu chová, jako spící princezna v pohádce. Rozhodně nejde o láskou sálající objekt. Tepleji je v celé horní části vejcovodu. Jakmile ale spermie dojde až tam, tento typ navigace se stává nepoužitelným. Často uváděne přirovnání k samo naváděcím raketám tady proto  pokulhává. V závěrečné fázi jsou spermie znovu odkázané na starou dobrou chemotaxi. Tu jim propůjčují iontové membránové kanály. Tím se konečně dostáváme k nynějšímu objevu prezentovanému Jae Yeon Hwangem z Yale (USA) v květnovém vydání časopisu Cell (Buňka). Hwang, spolu s kolegou Zhangem, pod vedením Chunga. Ve svém článku autoři popisují, jak tato čidla vypadají a jak fungují.

 

Říká se jim CatSpers Zjednodušeně si je můžeme představit jako dírky v membráně, které jsou šity na míru vápenatým iontům. Spermie je mají tam, kde bychom je nečekali. Na ocásku, kde vytváří jakési pruhování. Jako když si námořníci navléknou pruhovaná trička. Má to důvod, pruhování umožňuje registrovat gradient, a to je tím vynálezem, který spermie využívá k orientaci ve 3D prostoru a bez čehož by se v závěrečné fázi svého velkého putování neobešla. Okolí vajíčka je zásaditější a prostup vápenatých iontů kanály je tím, co dává spermii potřebné impulzy. Šíření vzruchu přechodem Ca2+ iontů z vnějšku do nitra spermie  připomíná vedení vzruchu axonem neuronu. Spermie si to zmíněný pokyn vyloží i jako příkaz přestat šetřit energetickými zásobami (ATP) a ze svých molekulárních motorů mrskajících bičíkem vymáčkne vše,  co se jen dá. Je to chytře vymyšleno. Když už je cíl na dohled, vyplatí se finišovat. Pokud ovšem funguje orientace, aby se také udržel  správný směr.

 

Říká se, že evoluce si nehraje na druhá místa ani ceny útěchy, a jen vítěz bere vše. To je sice pravda, ale většinou se pod tímto výrokem míní, že jen ty nejrychlejší spermie mají šanci předat svou drahocennost. Není to ale pravda celá. Větší roli, než rychlost hraje v procesu oplození náhoda. I v případě spermií platí, že je potřeba být nejen na správném místě, ale hlavně ve správnou dobu. Být na místě před ovulací je marnost. A ještě ještě smutnější je být v místě dění, ale za cenu totálního vysílení. Splnění mise totiž závisí od překonání obranné bašty obalů vajíčka. To pro spermii také není procházka růžovou zahradou.

 

Schema senzoru CatSper reagujícího na pH prostředí. Reakcí na vnější podnět se kanál otevírá a dovoluje průnik vápenatých iontů do nitra spermie. Tím byl vydán  signál pro spuštění molekulárního motoru vrtějícícho bičíkem. Kredit: Hwang et al., 2019.
Schema senzoru CatSper reagujícího na pH prostředí. Reakcí na vnější podnět se kanál otevírá a dovoluje průnik vápenatých iontů do nitra spermie. Tím byl vydán signál pro spuštění molekulárního motoru vrtějícícho bičíkem. Kredit: Hwang et al., 2019.

 

Pochopení všech detailů procesu oplození je z medicínského hlediska důležité. Proč, to si ukážeme na příkladu neplodných párů. Je jich hodně. Často se ukáže být mužův spermiogram v pořádku. Spermie odpovídají velikostí, pohyblivostí, nejsou deformované, počet je dostatečný,... přesto se páru nedaří. V takových případech máme tendenci vinit ženu. Respektive její imunitní systém a antigenní nekompatibilitu. Nyní se ukazuje, že v řadě případů jsou v tom naše polovičky nevinně a že černého Petra máme v rukou přece jen my, muži. Například ve zde zmíněných pošramocených CatSper kanálech. Respektive genech, které jsou za jejich tvorbu odpovědné. Těchto genů je nejméně 7.


Pokud v CatSper funguje všechno jak má, potom kanály reagují svým otvíráním a zavíráním na celou řadu podnětů. Těmi hlavními jsou pH (změna v kyselosti prostředí) a hormon progesteron. Jeho koncentrace v sousedství vajíčka obklopeného kumulárními buňkami (ty hormon produkují) je vyšší. „Závan“ hormonu působí na spermie jako červený hadr na býka. Otevřou své CatSper kanály a dovolí dvojmocným iontům vápníku vstup do buňky. Poté naše posly lásky jakoby posedl amok a vybudí je k poslednímu útoku. Pokud je ale některý z genů odpovědných za funkci CatSper kanálů invalidní, k potřebnému povelu „na zteč“ nedojde. Nekoná se ani aktivace akrosomu a „cílová páska“ v podobě ZP proteinu, v němž je vajíčko schouleno, zůstává neprotržena. Jinak řečeno, za neplodnost si v řadě přůpadů můžeme sami, nikoli partnerka.


Dlouho tradovaná idylická představa přátelského setkání vajíčka čekajícícho na svého nejrychlejšího rytíře novými poznatky dostává další rány. Vlastní akt „vzniku života“ se nám ještě víc posunul do roviny materialistického brutalismu.  A nejde tu jen o poznatek na pokusných hlodavcích. Výbava zvaná CatSper je evolučně konzervovaná vychytávka, kterou najdeme napříč mnoha druhy. Nás nevyjímaje. Nejspíš o těchto kanálech budeme psát brzy znovu. Je jich vícero subtypů a u mnohých zatím ani netušíme, k jakému užitku by nám mohly být.

Závěr

Říká se, že všechno zlé jek něčemu dobré. Platit by to mohlo i v případě CatSper kanálů. Poznatky o jejich  dlouhých prstech, kterými se pletou do plodnosti, hodlají vědci přetavit do podoby zcela nové antikoncepce. Bez hormonů a jejich neblahých účinků na ženský organismus.



Literatura

Jae Yeon Hwang et al. Dual Sensing of Physiologic pH and Calcium by EFCAB9 Regulates Sperm Motility, Cell (2019). DOI: 10.1016/j.cell.2019.03.047
Xiang-hong Sun, et al.: The Catsper channel and its roles in male fertility: a systematic review. Reprod Biol Endocrinol. 2017; 15: 65. DOI: 10.1186/s12958-017-0281-2Xiang-hong Sun,corresponding author1 Ying-ying Zhu,2 Lin Wang,3 Hong-ling Liu,1 Yong Ling,1 Zong-li Li,1 and Li-bo Sun1


Autor: Josef Pazdera
Datum:06.05.2019