In vitro Effect of High Osmolality on Plasma Membrane Activities in the Spermatozoa

In Vitro 고삼투압이 정자 원형질막의 Protein Tyrosine Phosphorylation에 미치는 영향

  • 오영근 (연세대학교 문리대 생명과학과) ;
  • 장재호 (연세대학교 문리대 생명과학과) ;
  • 최인호 (연세대학교 문리대 생명과학과) ;
  • 정노팔 (연세대학교 이과대 생명학과) ;
  • 신형철 (아주대학교 의과대학 생리학교실) ;
  • 곽병주 (아주대학교 의과대학 생리학교실)
  • Published : 2000.12.01

Abstract

It has been reported that plasma membrane activity of the spermatozoa may be susceptible to be influenced by extracellular osmolality and such membranous changes involve infracellular molecular changes, special regard to the structure of membranous lipids, and the accompanying ion-channel of which are closely related with their fluidity of $Ca^{2+}$ and HCO$^{-}_{3}$. It is of common recognition that a certain kind of sterol acceptor player an important to induce lipid fluctuation of the sperm plasma membrane which have been influenced by BSA administration and came in effect to outflow of cholesterol from the spermatozoa and resulted in changes of ionic fluidity to facilitate adenylyl cyclase, and to induce protein tyrosine phosphorylation by increase of cAMP and activation of PKA. Thus it seems likely that an augmentation of the acrosomal reaction is closely related with protein tyrosine phosphorylation. The following experimental results were obtained in the present study; Under the high osmolality conditions, the spermatozoa motility declined significantly and the structural change of the plasma membrane diminished to confirm that the response degrees to the osmolality depended upon the water transfer volume through the plasma membrane and the changes of cellular volume. Those experimental results suggest that a physiological parameter such as low temperature condition played an important role for presentation of spermatozoa and that inducement of spermatozoa activation for reinforcement of protein tyrosine phosphorylation. On the other hand, it seemed likely that the BSA administration as one of sterol accepters might represent a key role also under the high osmolality condition and their result also suggests that osmolality change, special regard to high osmolality condition may play an important role also in the processes of signal transmission.

정자의 원형질막은 삼투압에 의해서 영향을 받는다고 보고되고 있다. 이중 세포막내 분자구조의 변화 특히 막지질 구조의 변화와 동반되는 이온채널의 변화 그리고 $Ca^{2+}$과 HCO$^{-}_{3}$의 유동성과도 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 지금까지의 연구보고에 의하면, 정자의 첨체반웅 (acrosome reaction)이 일어날 경우 protein tyrosine phosphorylation이 증가되는데 이것은 cAMP, protein kinase A 둥을 통하여 작용되는 것으로 보고되고 있다. 막의 지질변화를 유도하는 물질로 일종의 sterol acceptor인 BSA가 알려져 있는 바, 실제로 BSA가 막지질 성분에 미치는 영향을 관찰한 결과 cholesterol이 유출되고 이온 둥의 유동성 변화가 일어나, 이 유동성 변화가 정자의 adenylyl cyclase를 활성화시켜 cAMP를 증가시키고, PKA가 활성화되어 결과적으로 protein tyrosine phosphorylation이 유도된다고 보는 것이다. 첨체반응과 protein tyrosine phosphorylation과는 밀접한 관계가 있는 것으로 사료되고 있다. 본 연구는 정자 원형질막에서 cholesterol이 유출되어 protein tyrosine phosphorylation이 유도될 때, BSA와 같은 sterol acceptor가 작용할 것이라는 전제하에, 고삼투압 하에서 탈수로 인해 원형질막이 위축되더라도 sterol acceptor가 존재한다면 막지질 성분의 구조적 변화가 억제될 수 있을 것이라는 가설을 설정하였다. 실험결과, 저온 및 고삼투압 하에서 정자운동은 감소되지만 원형질막의 구조적 변화는 없고, 삼투압에 대한 반응정도는 원형질막을 통한 수분이동과 세포공적 변화에 따라 비례적으로 일어난다고 하는 사실을 발견하였다. 이 결과는 정자보존에 있어서 저온변화에 영향을 미치는 여러 인자들 특히 protein tyrosine phosphorylation의 증가와 밀접한 관계가 있음을 시시해 준다. 또한 sterol acceptor로 알려진 BSA는 삼투압이 변화되더라도 역시 중요한 인자로 작용할 수 있음을 알 수 있었으며, 특히 고삼투압으로의 변화는 cAMP와 protein kinase A를 거치는 신호전달과정에 있어서 중요한 요인이라는 사실을 확인할 수 있었다.

Keywords