Гилберт с.Биология развития: в 3-х т. Т. I: Пер. С англ. — м.: Мир, 1993. — 228 с.

______________ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ: ВОЗНИКНОВЕНИЕ НОВОГО ОРГАНИЗМА 45

Рис. 2.12. Формирование акросомного выроста у спермия морского ежа. A-B. Экзоцитоз акросомного пузырька и высвобождение ферментов. Г — Е. Полимеризация актина приводит к образованию акросомного выроста. (Фотографии с любезного разрешения G. L. Decker и W. J. Lennarz.)

в образовании акросомного выроста (рис. 2.12). Этот вырост возникает в результате полимеризации молекул глобулярного актина и образования актиновых филаментов процесс, вызываемый, как полагают, выходом ионов водорода из головки спермия (Tilney et al., 1978; Schackmann et al., 1978). До активации спермия полимеризация актина, вероятно, блокирована регуляторным белком: сопровождающее активацию повышение внутриклеточного pH может воспрепятствовать выполнению этой функции. Значительное повышение pH вызывает не только образование акросомного выроста, но и активирует динеиновую АТФазу в шейке спермия. В результате такой активации происходит быстрое использование АТФ и 50%-ное увеличение интенсивности дыхания митохондрий. Произведенная энергия используется главным образом для обеспечения движений жгутика (Tombes, Shapiro, 1985).

Действующее начало студенистой оболочки, инициирующее у морских ежей акросомную реакцию, часто бывает высокоспецифичным. Спермии морских ежей Arbacia punctulata и Strongylocentrotus droebachiensis реагируют только на воздействие материала студенистой оболочки яиц собственного вида. Однако спермии S. purpuratus могут быть активированы материалом студенистой оболочки яиц не только собственного вида, но и Lytechinus variegalux (но не A. punctulata) (Summers, Hylander, 1975). Следовательно, студенистая оболочка у некоторых видов (но не у всех) может обеспечивать видоспецифическое узнавание гамет.

Узнавание спермия и яйца: контакт между гаметами Видоспецифическое узнавание у морских ежей

Сразу же после того, как спермий морского ежа проник в студенистую оболочку яйца, его акросомный вырост вступает в контакт с наружной поверхностью желточной оболочки (рис. 2.13). Основной этап видоспецифического узнавания осуществляется в этот момент. Белок акросомы, при посредстве которого происходит это узнавание, называется биндином. В 1977 г. Вакье с сотрудниками (Vacquier, Moy, 1977) изолировали этот нерастворимый белок с молекулярной массой 30 500 дальтон из акросомы спермиев Strongylocentrotus purpuratus: биндин способен

Гилберт с.Биология развития: в 3-х т. Т. I: Пер. С англ. — м.: Мир, 1993. — 228 с.

46 Глава 2

Рис. 2.13. Контакт акросомного выроста спермия морского ежа с микроворсинкой яйца. (Из Epel, 1977; фотография с любезного разрешения F.D. Collins и D. Epel.)

прикрепляться к яйцам S. purpuratus, освобожденным от студенистой оболочки, и к изолированным желточным оболочкам (рис. 2.14). Взаимодействие биндина с яйцом видоспецифично (Glabe, Vacquier. 1977; Glabe, Lennarz, 1979); этот белок, выделенный из акросомы спермиев S. purpuratus, вызывает агглютинацию яиц своею вида, освобожденных от студенистой оболочки, но не яиц близкородственного вида S. franciscanus.

Было обнаружено (Моу, Vacquier, 1979), что локализация биндина строго специфична он находится на акросомном выросте, именно там, где он должен находиться, чтобы обеспечить узнавание спермием и яйцом друг друга. Использованный этими авторами метод иммунохимического окрашивания биндина представлен на рис. 2.15. А. Антитела к очищенному биндину морского ежа получали, инъецируя биндин кроликам. Спермии морского ежа, осуществившие акросомную реакцию, связывали этот антибиндин. После отмывания непрореагировавших антител спермии обрабатывали антителами свиньи, ковалентно связанными с пероксидазами и способными присоединяться к антителам кролика. В результате молекулы пероксидазы оказывались везде, где присутствовал биндин. Пероксидаза катализирует образование темного осадка при взаимодействии диаминобензидина и перекиси водорода. Когда к обработанным спермиям добавляли эти два субстрата, осадок покрывал акросомный вырост (рис. 2.15, Б). Более того, до осуществления акросомной реакции выявить биндин на поверхности спермия не удавалось, а затем его обнаруживали в месте соединения спермия с яйцом (рис. 2.15. В).

Данные биохимических исследований показали, что биндины близкородственных видов морских ежей на самом деле различны. Эти данные заставляют предположить существование на желточной оболочке видоспецифических рецепторов для связывания биндина. О том же свидетельствуют опыты по насыщению яиц морского ежа спермиями (Vacquier. Payne, 1973). Как видно на рис. 2.16. спермии прикрепляются к яйцу не на всей его поверхности. Даже в случаях насыщения спермиями (приблизительно 1500 спермиев на 1 яйцо) на поверхности желточной оболочки остаются свободные участки, что говорит об ограниченном числе мест для прикрепления спермиев. Из желточных оболочек яиц морского ежа был выделен крупный гликопротеиновый комплекс, который видоспецифическим образом связывал радиоактивный биндин (Glabe, Vacquier, 1978; Rossignol et al., 1984). Этот гликопротеин способен конкурировать с яйцами за спермии того же вида. Таким образом, если спермии S. purpuratus смешать с биндиновыми рецепторами из желточных оболочек S. purpuratus, то спермии прикрепятся к ним и не будут оплодотворять яйца. Однако выделенные биндиновые рецепторы S. purpuraïus не препятствуют оплодотворению яиц родственных видов морских ежей. Следовательно, видоспецифическое узнавание гамет морского ежа происходит на двух уровнях — на уровне активации акросомной реакции и на уровне прикрепления спермия к желточной оболочке.