Plemniki nabywają zdolność do zapłodnienia podczas procesu zwanego capacitation1. Jednym z punktów końcowych tego procesu jest to, że plemniki nabywają zdolność do przechodzenia AE. Dane zebrane w ciągu dwóch dekad potwierdzają obecność złożonego, wieloetapowego modelu AE w nasieniu ssaków (podsumowane w2,3). Jednak badanie AE w żywych plemnikach jest wyzwaniem, a obecnie dostępne metody monitorowania tego procesu z odpowiednią rozdzielczością są kłopotliwe i wymagają wielu etapów przygotowania4, ograniczają się do wykrycia końcowego etapu AE (np. przy użyciu PNA5), ograniczają się do pomiarów zmian wapnia cytozolowego (w przeciwieństwie do dynamiki wapnia akrosomalnego), lub są ograniczone do pomiarów dynamiki wapnia cytozolowego lub AE6.
Aby przezwyciężyć niektóre z kluczowych ograniczeń badań AE w czasie rzeczywistym w warunkach fizjologicznych i umożliwić zbadanie zależności między dynamiką wapnia a AE, stworzono unikalny model myszy. W tym modelu mysim białko fuzyjne złożone z genetycznie kodowanego czujnika Ca2 + (GCaMP3) i mCherry jest eksprymowane i kierowane do akrosomu za pomocą promotora akrozyny i peptydu sygnalizacyjnego2. Ukierunkowany podwójny czujnik GCaMP3-mCherry umożliwia jednoczesne pomiary w czasie rzeczywistym stężenia wapnia i stanu zawartości akrosomalnej w żywych plemnikach w warunkach fizjologicznych przy użyciu mikroskopii i systemu dostarczania stymulantów jednokomórkowych (Rysunek 1). Jako składnik macierzy akrosomalnej, fuzja błonowa i AE skutkowałyby utratą fotostabilnej i niewrażliwej na pH fluorescencji mCherry z plemników, ponieważ białko to dyfunduje z pęcherzyka akrosomowego. W związku z tym zdolność modelu do odzwierciedlania czasu i występowania AE jest zbliżona do korzyści płynących z linii myszy GFP ukierunkowanej na akrosomy7,8,9.
Wariant GCaMP3 używany w tej transgenicznej linii myszy ma przybliżoną KD 400 μM i zakres dynamiczny dla Ca2+ 10-4-10-3 M class="xref">10, który jest odpowiedni dla tego pęcherzyka. Wykazaliśmy, że ta kombinacja cech GCaMP3 może ujawnić tworzenie się porów fuzyjnych między błoną plazmatyczną a zewnętrzną błoną akrosomalną (OAM)2. Wykrywanie porów fuzyjnych jest wynikiem zbyt małej wielkości porów, aby umożliwić białku AcroSensE rozproszenie się z akrosomu (poprzez utratę zawartości akrosomów), zapewniając jednocześnie "kanał" błonowy, który umożliwia napływ jonów Ca2+ do światła akrosomu, co prowadzi do wzrostu intensywności fluorescencji GCaMP3.
Jasne, monomeryczne, niewrażliwe na wapń białko fluorescencyjne mCherry wspiera wizualizację akrosomu, podczas gdy sygnał GCaMP3 jest słaby (np. przed wiązaniem Ca2+, Rysunek 2), a co ważne, pozwala również na identyfikację nienaruszonych akrosomów plemników odpowiednich do obrazowania.
Poniższy protokół opisuje wykorzystanie unikalnego modelu myszy AcroSensE oraz metod mikroskopii używanych eksperymentalnie do badania AE i dynamiki wapnia plemników z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową.