Vajíčko, vytoužený cíl spermie. Klacků, kterých bylo spermii hozeno „pod nohy“, je nepočítaně, ale výsledek stojí za to. Bílá: aktin, zelená: dělící vřeténko v metafázi, modrá: mateřská sada chromozómů. Nápadná skvrna v horní části obrázku je tzv. pólové tělísko, kterým je vyloučena přesně polovina genetické informace během redukčního dělení; asymetrie dělení je jasně patrná, kdy vajíčko vsází vše na jednu kartu a neplýtvá ničím, ani cytoplazmou. Kredit: J. Nevoral.

Spermie mají lehké mládí ale drsnou dospělost. Spermiogeneze si moc neláme hlavu s tím, jakou kvalitu spermie nakonec mají a tak vsází vše na počet: čím víc tím lépe. A tak je zcela normální a fyziologické, že je až 95% spermií v lidském ejakulátu morfologicky abnormálních – dvouhlavé spermie, zdvojené bičíky, spermie zkroucené jako paragraf, nepohyblivé spermie. A to jsou defekty viditelné pouhým okem (mikroskopem), co potom ty drobné molekulární změny které se projeví až na selhávání oplození či koncepce!

Není proto divu, že na spermii čeká celá řada selektivních mechanizmů, které jim samičí reprodukční trakt připraví, jakmile spermie opustí během ejakulace bezpečí nadvarlete. Spermie jsou hozeny do života ve stylu „a plav!“. Vskutku, musí se probojovat vazkým hlenem děložního krčku, urazit během pár desítek minut notný kus cesty dutinou dělohy (ekvivalent 10 km poklusem), nakonec se zkapacitovat při ústí vejcovodu a pohybem, který nakonec připomíná spíš tanec, najít ovulované vajíčko. Ať už je selekční bariéra pro spermii jakákoliv, vždy míří na pohyb spermie. Defekty v pohybu se prostě spermii neodpouští! Není divu, že andrologové všech zemí si lámou hlavu především nad mechanizmem pohybu spermie, co jej předurčuje a jak poznatků využít pro léčbu neplodnosti.

Dvě spermie, které se sešly u vajíčka. Své spermií boje už mají patrně za sebou, teď rozhodnou poslední selekční mechanizmy (penetrovat zonu pellucidu, fúzovat s ooplazmou, vyloučit kortikální granula), ty ale již běží v režii matky. Kredit: J. Nevoral.

Až vcelku nedávno, za použití 3D mikroskopie, se ukázalo, že pohyb bičíku spermie není ani zdaleka tak banální, jak se celou dobu myslelo (více zde)! Asymetrický pohyb bičíku podléhá dost složité a komplexní regulaci proteiny přímo ve spermii a tak není divu, že toto jemné molekulární předivo je častým cílem selekce. Jedním z horkých kandidátů na takový univerzální regulátor je protein RAC1 z rodiny G proteinů, tzv. malých GTPáz. Ne že by takových proteinů nebylo více, ale na příkladu tohoto proteinu je patrná záludnost celé selekce – spermie si totiž navzájem konkurují tím, jakou variantu tohoto proteinu nesou. Je paradox, že varianta genu (alela) pro aktivnější RAC1 vůbec neznamená výhodu! Spermie se rychleji vyčerpají a stávají se nepohyblivé. Vskutku, spermie nesoucí alelu pro „čilejší“ RAC1 jsou znevýhodněné a je to jako by tam RAC1 vůbec nebyl – spermie rychle ztratí pohyb. Pokud jsou v ejakulátu spermie pro „tak-akorát“ RAC1, tak by v závodě za oplozením měly vyhrát, v duchu že nikoliv nejrychlejší, ale nejvytrvalejší spermie je ta žádoucí. Ale tak to není, spermie nesoucí „čilejší“ RAC1 dokáží natolik zkomplikovat cestu spermiím s „tak-akorát“ RAC1, že tyto se vůbec neuplatní a tak jen jen super-rychlé a rychle vyčerpané spermie vyhrávají honbu za oplozením.

Blastocysta, na kterou může být vítězná spermie hrdá. Takto je připravená k uhnízdění v děloze. Genom otce (modrá jádra) je už několikanásobně amplifikován v blastomerách (ohraničeny bíle vizualizovaným aktinem). Spermie je až zde z „obliga“, neboť cokoliv od této chvíle selže, lze považovat za chybu matky. Kredit: J. Nevoral.

Za tou či onou variantou RAC1 stojí jeho genetická předloha, to víme z učebnic. Podle Mendela by obě varianty měly dostat stejnou šanci a potomstvo ponese jednu či druhou s pravděpodobností 50 %. Avšak fenomén, kdy spermie s „čilým“ RAC1 vyhrávají souboj na plné čáře, rozkolísají mendelistická pravidla natolik, že zcela přestávají platit. Pojem ‚sobecký gen‘ je zde více než na místě. Produkty lokusu, který je ve vazbě se super-aktivním RAC1, jsou totiž schopné potlačit aktivitu některých klíčových proteinů ze skupiny malých GTPáz, včetně normální varianty RAC1! Jinými slovy, spermie s „čilou“ variantou pro RAC1 doslova otráví spermie s adekvátně fungující RAC1. Sobeckost se tak přenáší na úroveň buňky a můžeme tak mluvit o ‚sobeckých spermiích‘.

Pokud by si tyto sobecké spermie nevyvinuly mechanizmus, jak podrazit nohy těm lepším, v závodě o oplození by se vůbec neuplatnily, protože „čilá“ RAC1 je předurčuje k předčasnému vyčerpání. Prakticky to znamená, že RAC1 se u heterozygota, který tvoří spermie s oběma variantami RAC1, chová dominantně, avšak ne ve smyslu mendeliánského dominantního heterozygota ale jako homozygot (uplatňuje se jen jedna alela ze dvou existujících).

Překvapení, že selekce gamet často popírá mendelismus, máme už dávno za sebou (epigenetická paměť, geny na pohlavních chromozómech, efekt hrdla lahve, apod.).

Přirozené bariéry se u samičího organizmu nachází zejména na ováriu (sázka na kvalitu vajíčka), u spermií je to až na úrovni ejakulátu (sázka na kvantitu).

Pracoviště a kontakt na autora.

Vždy se ale jedná o selekci vnějším činitelem (ovárium u vajíčka, děložní krček a děloha pro spermie) a tak je naprosto neslýchané, že by gamety takto bojovaly mezi sebou. Zatím nemáme evidenci o tom, že by si podobně „vjely do vlasů“ vajíčka, zatím…

Zdroj
Alexandra Amaral, Bernhard G Herrmann.: RAC1 controls progressive movement and competitiveness of mammalian spermatozoa.

PLoS Genet, 2021 Feb 4

doi: 10.1371/journal.pgen.1009308. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33539343/