Effect of Extracellular $Ca^{2+}$ and $Ca^{2+}$-ATPase on the Acrosome Reaction of Spermatozoa

세포외 $Ca^{2+}$과 $Ca^{2+}$-ATPase가 정자의 첨체반응에 미치는 영향

This study has been designed in order to examine a physiological role of $Ca^{2+}$ which has been known as an essential factor for capacitation, to confirm whether the enzyme activity of $Ca^{2+}$-ATPase on capacitation is important or not, and to clarify relationship between various levels of the $Ca^{2+}$ concentration and $Ca^{2+}$-ATPase which has been known to be an important factor of the plasma membranes. In the present study applying quercetin, a $Ca^{2+}$-ATPase inhibitor, the enzymatic effect of $Ca^{2+}$-ATPase on capacitation was found to be remarkable: a significant increase of the transition from the original type (type A) to the type B and the type AR of the spermatozoa. This finding suggests that $Ca^{2+}$-ATPase plays an important role in the efflux and the influx of the $Ca^{2+}$ which has been known to be an essential factor the capacitation and acrosome reaction, and that the inhibitory action of the $Ca^{2+}$-ATPase might be a prerequsite step toward the acrosome reaction. The conclusion reached can be deduced as follows: increment of the intracelluar $Ca^{2+}$ concentration occurred by controlling the slope of $Ca^{2+}$ concentration through $Ca^{2+}$-ATPase activities in both the intra- and extracelluar fluid may be an important procedure for capacitation and acrosome reaction, and ultimately for fertilization of the spermatozoa and the ova.

세포내, 외 $Ca^{2+}$ 농도구배 유지에는 $Ca^{2+}$-ATPase와 $Ca^{2+}$-$Na^{+}$ exachangers가 주요한 기능을 한다고 알려져 있는데 특히 $Ca^{2+}$-ATPase의 기능에 대해 많은 연구가 행해지고 있다 $Ca^{2+}$-ATPase는 체세포에서 세포막에 위치하고 있으며 $Ca^{2+}$을 세포외부로 배출하는 기능을 함으로써 세포내부의 $Ca^{2+}$농도를 낮게 유지할 수 있도록 하는 기능을 담당하고 있다. 이러한 $Ca^{2+}$-ATPase는 포유동물의 정자에도 존재하고 있지만 그 기능에 대해서는 아직 많은 설명이 되어있지 않다. 본 연구에서 정자가 수정을 하기 위한 기능적인 능력이 $Ca^{2+}$ 농도와 관련된 변화와 얼마나 연관되어 있는가를 규명하고, 이러한 $Ca^{2+}$ 농도 조절이 원형질막의 중요인자인 $Ca^{2+}$-ATPase와는 어떠한 연관성이 있는가를 알기 위해 시도한 결과, $Ca^{2+}$-ATPase는 세포내, 외 $Ca^{2+}$의 농도구배를 조절함으로써 세포내 $Ca^{2+}$의 농도를 증가시켜 정자가 수정능 획득과정으로 빨리 전환하도록 유도하고 첨체 반응에 중요한 역할을 하는 것으로 판단되며, 세포외 $Ca^{2+}$ 농도가 높게 유지될 경우에도 정자의 첨체반응이 유도됨으로써 난자와 용이하게 수정을 할 수 있는 생리적 환경이 제공될 수 있다고 사료된다.