ThS. Võ Như Thanh Trúc – IVFAS

Những hiểu biết về các thành phần trong hệ protein của các giao tử sẽ cung cấp cho chúng ta những thông tin thực sự cần thiết để hiểu được chức năng của các giao tử trong suốt quá trình sinh sản. Tuy nhiên, đa số thông tin về hệ protein của tinh trùng được biết đến lại chỉ giới hạn trong các chức năng sinh tinh cũng như liên quan đến các chức năng của tinh trùng. Trong khi đó, vẫn có một bộ phận nhỏ các nhóm protein có liên quan đến tiềm năng phát triển của phôi sau thụ tinh. Nghiên cứu tổng hợp của Castillo và cộng sự (2018) sẽ cung cấp cho chúng ta một số thông tin thú vị về vai trò thực sự của tinh trùng trong quá trình sinh sản.
 

1. Protein tinh trùng và sự thụ tinh

Thụ tinh là quá trình phức tạp gồm nhiều sự kiện khác nhau và được quyết định bởi những yếu tố phụ thuộc cả hai loại giao tử - noãn và tinh trùng. Nghiên cứu cho thấy có 103 protein từ tinh trùng thực hiện các chức năng thụ tinh ở nhiều giai đoạn khác nhau, như khả năng hoá tinh trùng, phản ứng cực đầu, sự thâm nhập của tinh trùng vào noãn và sự dung hợp tinh trùng và noãn. Bên cạnh đó, một số protein khác cũng được chứng minh là yếu tố thiết yếu trong khả năng di động và khả năng thụ tinh của tinh trùng như AKAP3, AKAP4, CATSPERs, IZUMO1 và PLCzeta.

Một số nghiên cứu trên mô hình chuột gây đột biến mất một số gene đích cung cấp thêm một số thông tin dự đoán chức năng ở các protein tương tự ở người có liên quan đến chức năng thụ tinh. Mô hình chuột mất gene PCSK4 bị giảm khả năng tinh trùng bám vào màng trong suốt và thụ tinh với noãn; một số protein khác liên quan đến khả năng này cũng được nhắc đến như EQTN, SPESP1 và CRISP1.
 

2. Protein tinh trùng và sự phát triển của phôi tiền làm tổ

Các phân tích hệ protein tinh trùng người đã xác định 93 protein có thể liên quan đến các chức năng hình thành giao tử và sự phát triển phôi ở các giai đoạn sau đó trước khi quá trình làm tổ xảy ra (khoảng ngày 7 ở người). Các nghiên cứu knockout gene trên mô hình chuột cũng chỉ ra 59 protein khác nhau có ảnh hưởng đáng kể đến các giai đoạn khác nhau trong sự phát triển của phôi tiền làm tổ, trong đó 11 protein tham gia vào sự phát triển của hợp tử sau thụ tinh đến giai đoạn phôi 8 tế bào; 29 protein đóng góp vào sự phát triển của phôi trong giai đoạn phôi dâu và 19 protein khác có vai trò khá quan trọng trong sự hình thành và phát triển phôi nang. Cụ thể hơn, nhóm 11 protein trong đóng góp vào sự phát triển của hợp tử đến giai đoạn phôi 8 tế bào chủ yếu liên quan đến ức chế các hoạt động gây chết hợp tử và phôi bào. Đơn cử một ví dụ là protein Desmocllin (DSC3), DSC3 ảnh hưởng quan trọng đến sự phát triển chính xác của phôi thông qua điều hoà các hoạt động gắn kết giữa các tế bào – là một trong những sự kiện quan trọng quyết định sự hình thành nên các phôi bào diễn ra từ ngày 1 của sự phát triển phôi người. Tương tự, protein lactosylceramide 1,3-N-acetyl-beta-D-glucosaminylnyltransferase (B3GNT5) và Choline-phosphate cytidylyltransferase (PCYT1A) lần lượt đại diện cho hai nhóm protein có nguồn gốc từ tinh trùng góp phần vào sự phát triển của phôi ở giai đoạn phôi dâu và phôi nang. B3GNT5 xúc tác sự sinh tổng hợp các chuỗi lactose của phân tử glysophingolipid và sự vắng mặt protein này sẽ dẫn đến sự thoái hoá của phôi ở giai đoạn phôi dâu thông qua việc thay đổi các quá trình gắn kết tế bào và con đường tín hiệu tế bào. Ngược lại, protein PCYT1A liên quan đến tín hiệu khởi phát sự tổng hợp phosphatidylcholine – phân tử phospholipid dồi dào nhất cấu tạo nên màng tế bào. Nghiên cứu trên mô hình chuột cho thấy với sự vắng mặt PCYT1A sẽ dẫn đến sự thất bại trong việc hình thành phôi nang có khả năng làm tổ.


Hình 1. Một số protein của tinh trùng có chức năng trong quá trình thụ tinh và phát triển của phôi tiền làm tổ.
 

3. Protein tinh trùng và giả thiết thừa kế thượng di truyền từ bố

Nhiều nghiên cứu trước đây cho thấy sức khoẻ của con có thể bị ảnh hưởng bởi tình trạng thể chất của mẹ, hoặc lối sống của người mẹ từ trước hoặc trong thời gian mang thai. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây cho rằng tình trạng sức khoẻ của con có thể bị ảnh hưởng bởi sức khoẻ của bố. Vài chứng cứ dựa trên mô hình động vật ủng hộ cho giả thiết này, người ta xác định được những thay đổi trong chuyển hoá của dòng chuột con khi chuột bố được nuôi bằng chế độ ăn kiêng hoặc các con chuột con dễ rơi vào tình trạng lo lắng và hung hăng hơn khi chuột bố tiếp xúc thời gian dài với nicotine và heroin. Bên cạnh đó, một số chứng cứ trên người cũng cho thấy có mối tương quan giữa việc người bố ăn quá mức ở thời niên thiếu (9 – 11 tuổi) và sự giảm tuổi thọ do tăng nguy cơ tiểu đường ở con trai hoặc cháu trai.

Xét về nguyên lý phân tử, có thể giải thích các hiện tượng trên bằng giả thuyết thừa kế các thông tin thượng di truyền mà phôi nhận từ tinh trùng, như các vị trí methyl hoá DNA trên tinh trùng, các dấu ấn histone bao gồm cả hoạt động biến đổi sau dịch mã, kiểu mẫu nucleohistone – nucleoprotamine và một nhóm các phân tử RNA nhỏ không mang thông tin mã hoá (sncRNA). Các yếu tố này vẫn duy trì trong tinh trùng trưởng thành và có khả năng giải phóng vào hợp tử, bằng một cách nào đó thoát khỏi quá trình tái thiết lập hoạt động thượng di truyền diễn ra trong quá trình hình thành giao tử và các yếu tố thượng di truyền này có thể tham gia điều hoà sự biểu hiện gene ở cả mức độ phiên mã lẫn mức độ sau phiên mã trong các giai đoạn phát triển sớm của phôi. Khoảng 560 protein có nguồn gốc từ tinh trùng có khả năng điều hoà hoạt động biểu hiện gene trong sự phát triển phôi và dựa vào vai trò của chúng, có thể chia các protein này thành 4 nhóm: (I) Nhóm các yếu tố dịch mã hoặc các protein liên quan đến hoạt động biểu hiện gene (381 protein); (II) Nhóm các yếu tố điều hoà sự methyl hoá DNA (25 protein); (III) Nhóm protein điều hoà các biến đổi histone sau dịch mã (118 protein) và (IV) Nhóm các yếu tố tham gia sinh tổng hợp, xử lý cũng như thực hiện chức năng cho các sncRNA (36 protein).
 

4. Kết luận

Những chứng cứ từ nghiên cứu về hệ protein của tinh trùng cung cấp cho chúng ta cách tiếp cận mạnh mẽ để có thể giải mã được các khía cạnh thực sự của chức năng tinh trùng. Kết quả nghiên cứu tổng hợp của Castillo đã cho chúng ta một cái nhìn gần như bao quát vai trò thực sự của tinh trùng trong việc hình thành và phát triển phôi cũng như góp phần ảnh hưởng đến sức khoẻ của cá thể đời sau. Tuy nhiên, vẫn còn một số giới hạn trong phân tích này, một phần do các dữ liệu về protein tinh trùng thì đa dạng và nhiều hơn so với các thông tin này ở noãn và phôi, do tinh trùng là nguồn mẫu dễ thu nhận, lại không bị cản trở bởi rào cản đạo đức sinh học. Hơn nữa, nếu có các nghiên cứu sâu về so sánh protein tinh trùng và protein phôi, thì đó lại là các nghiên cứu thực hiện trên mô hình động vật. Mặc dù trên cơ sở dữ liệu, chúng ta vẫn thấy các protein ở động vật và người vẫn có sự tương đồng nhất định, nhưng những dữ liệu thu nhận được từ động vật vẫn chưa thể áp dụng hoàn toàn trên người. Do đó, vẫn cần nhiều hơn nữa các nghiên cứu trên người để có thể khẳng định chắc chắn hơn các giả thuyết hiện tại về vai trò thực sự của tinh trùng trong sự hình thành và phát triển của phôi tiền làm tổ, cũng như trong hoạt động thượng di truyền của cá thể đời sau.

 
Nguồn: Castillo J, Jodar M, Oliva R (2018),“The contribution of human sperm proteins to the development and epigenome of the preimplantation embryo copy”, Hum Reprod Update 24(5):535 – 555.