Fertilizasyon


Büşra Pilekoğlu- Başkent Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Lisans Öğrencisi

Fertilizasyon, yumurta ve sperm arasında gerçekleşen, birbirini takip eden birtakım kompleks etkileşimleri içeren oldukça karmaşık bir süreçtir. Bu olaylar folikülden olgunlaşmış yumurtanın atımı ile başlar, yumurtaya sperm girişinden sonra 2 pronukleusun oluşması ve 1.mitoz bölünmenin gerçekleşmesiyle sona erer. İnsanlarda ve bütün hayvanlarda türün devamlılığı için gerekli olan bu süreç her zaman bilim adamlarının dikkatini çekmiştir.


İnsanlarda ve diğer memelilerde, germ hücrelerinin olgunlaşarak erkek ve dişi gametlere dönüşmesi olayına gametogenez denir.Bu süreçte erkek ve dişi germ hücrelerinin sitoplazma ve kromozomlarında bir seri değişiklikler meydana gelir.Bu değişikliklerin iki temel amacı vardır:


- Somatik hücrelerdeki(46,2n) diploid kromozom sayısının gametlerdeki (23,n) haploid sayıya indirgenmesi(Bu olay mayoz bölünme ile gerçekleştirilir).

- Fertilizasyona hazırlık olarak üreme hücrelerinin biçiminin değişmesi


Spermatogenezis


Testislerdeki, seminifer tübülleri çevreleyen epitel hücrelerinin çoğu farklı olgunlaşma aşamasındaki spermatogenik hücreler olarak görev yapmaktadır. Spermatogenezis sürecinde oluşan hücrelerden ilki spermatogonyumlardır. Bu hücreler, geçirdikleri mitoz bölünmelerle yeni spermatogonyumları ve primer spermatositleri oluştururlar. Primer spermatositler mayoz bölünmenin I.evresini tamamlayarak sekonder spermatositleri, onlar da II.evrenin sonunda haploid hücreler olan spermatidleri oluştururlar.Ardından bu haploid hücreler spermiyogenezis ile sitoplazmalarının çoğunu atarak, organellerini yeniden düzenleyerek ve flagellalarını oluşturarak, morfolojik olarak olgun sperm yani spermatozoa şekline dönüşürler.

Oogenezis


Yumurtalar yumurtalıkta oogonia denilen olgunlaşmamış hücrelerden meydana gelir.Pek çok hayvanda oogonium, içinde olgun yumurtanın geliştiği küçük bir küresel hücreler bezesi olan bir folikül ile çevrilidir. Oogonina diploid sayıda kromozom içerir. Dişi organizmanın erken gelişimi sırasında, oogonia, gereksinimi karşılamak üzere mitozla pek çok defa bölünür.Dişi insanda, oogonia üretimi doğumda durur.Böylece her dişi sınırlı sayıda oogonia’ya sahiptir. Gelişmenin üçüncü ayında, dişi insan dölütte, yumurtalıktaki oogonia, birincil oositler denilen hücrelerde gelişmeğe başlar.Doğumda, birincil oositler birinci mayotik bölünmenin profazındadır.Bu anda, mayoz, dişi eşeysel olgunluğa erişinceye kadar durur.Eşeysel olgunluktan sonra belirli aralıklarla(kadınların pek çoğunda yaklaşık ayda bir)bu birincil oositlerden biri mayozu tamamlar ve işlevsel bir yumurtaya gelişir.Birincil oositte birinci mayotik bölünme meydana geldiğinde, hücrenin sitoplazması eşit olmayan şekilde bölünür.Büyük olan ve sitoplazmanın çoğunu almış olan kardeş hücrelerden biri, ikincil oosit olarak adlandırılır. Diğer kardeş hücre çok küçüktür ve birinci kutup yapısı (hücresi) adını alır. Bu kardeş hücrelerden her biri haploid sayıda kromozom içerirler. İkinci mayotik bölünme sırasında, ikincil oosit eşit olmayan bir şekilde ootid denilen büyük bir hücreye ve diğer kutup yapısına bölünür.İlk kutup yapı iki kutupsal yapıya daha bölünebilir. Ootid haploid sayıda kromozomu olan olgun bir yumurtaya gelişir.Kutup yapıları dağılır ve ölür


Kapasitasyon


Kapasitasyon, spermin fertilizasyon yeteneği kazanabilmesi için dişi genital kanalı içinde geçirdiği dönemdir.Bu dönem insanda yaklaşık 7 saat sürer ve bu olayın büyük bir kısmı fallop tüpleri içinde gerçekleşir. Kapasitasyon olayında serin-treonin fosforilasyonunun rolü tam olarak bilinmemekle birlikte, kapasitasyon ve tirozin fosforilasyonunun artışı arasında bir korelasyon olduğu bilinmektedir. Kapasitasyon, sperme kolesterol girişi ile bağlantılı olan prolin kontrolündeki fosforilasyonun artışıyla bağlantılıdır. Prolin tarafından gerçekleştirilen fosforilasyon (Proline-directed phosphorylation) hücre çoğalması ve farklılaşması gibi pek çok hücresel olaydaki fosforilasyonun en büyük düzenleyicilerinden biridir.Bazı kapasitasyon önleyici faktörler erkek genital kanallarında ve dişi genital kanallarında ilerleyen spermin erkenden kapasitasyon yeteneği kazanmasını önlerler. Kapasitasyon esnasında bu faktörler spermden uzaklaştırılır ve spermler ampullaya ulaştığında fertilizasyon yeteneğini kazanmış olurlar.Kolesterol sperm motilitesini azaltmakta ve kapasitasyonun başlamasına engel olmaktadır.Bu nedenle kapasitasyonun başlatılmasındaki en önemli etken sperm membranından kolesterolün bağlanarak dışarı alınmasıdır.Kalsiyum, kinaz, cAMP, G-protein ve redoks bağımlı bir olay olan kapasitasyonun gerçekleşebilmesi için ortamda kalsiyum, bikarbonat, serum albumin, glikoz ve enerji kaynakları bulunmalıdır. Kapasitasyon olayında ikinci mesajcı olarak cAMP rol oynar.Protein kinaz A, hücre içinde gerçekleşen kapasitasyondan sorumludur ve inhibisyonu da kapasitasyonu bloke eder. Kapasitasyon gerçekleşirken meydana gelen diğer bir olay tirozin fosforilasyonunun artmasıdır.cAMP bu fosforilasyonda rol alan önemli bir enzimdir.cAMP-bağımlı sinyal mekanizması ve ROS (serbest oksijen türevleri) ürünleri tirozin fosforilizasyonunu başlatır.Bu sırada Ca+2 artışı da gözlenir. Tirozin ile fosforile edilen proteinler insan sperminde ZP3 için reseptör görevi yapmaktadırlar.Bu proteinler akrozomda bulunur ve tirozin kinaz aktivasyonu gösterirler.Zona pellusidadaki proteinler ile temas ettiğinde tirozin kinaz aktive olur, tirozin fosforillenir ve fosfotirozin oluşur.Sperm membranında bulunan AKAP (A-kinase anchor protein) adı verilen diğer bir protein de kinaz aktivitesi gösterir ve zona pellusida proteinleri için reseptör görevi görür.Spermle dişi üreme kanallarını döşeyen epitel hücreleri arasında bir etkileşim olur, spermin akrozomal bölgesini örten plazma membranı üzerindeki glikoprotein kılıf ve seminal plazma proteinleri ortadan kaldırılır.Ancak kapasitasyonunu tamamlayan bir sperm korona radiyata hücreleri arasından geçerek akrozom reaksiyonuna girebilir.


Akrozom Reaksiyonu


Zona pellusida oogenezis esnasında oosit ve folikül hücreleri arasındaki ilişkiyi destekler, gelişimleri boyunca oositleri, yumurtaları ve embriyoları korur. Ayrıca fertilizasyon anında ve sonrasında ovulasyonla atılmış yumurta ve sperm arasındaki etkileşimi de kontrol eder.Zona pellusidası eksik bir yumurtaya sahip dişiler infertildirler. Fertilizasyon sürecinde zona pellusidanın fonksiyonları, üzerindeki glikoproteinler tarafından gerçekleştirilir.Bu glikoproteinler, glikozilasyon ve sülfatasyonu kapsayan yoğun post-translasyonel modifikasyonlara bağlı olarak heterojenite gösteren ZP1,ZP2 ve ZP3’tür.Bu glikoproteinler sperm reseptörü olarak fonksiyon görürler.ZP3 molekülünün sperm reseptörü olarak fonksiyon görmesi fertilizasyon olayının birinci basamağında anahtar rol oynar.Sperm oosite bağlandıktan sonra ZP3,sperm akrozom reaksiyonunu tetikler.ZP2 sadece akrozom reaksiyonunun indüklenmesinden sonra sperm bağlayan sekonder sperm reseptörü olarak fonksiyon görür.Spermin baş kısmının 2/3’lük bölümünü kaplayan akrozomun içinde akrozin ve hyaluronidaz enzimleri vardır. Kapasitasyon yeteneğini kazanan spermin zona pellusidaya penetre olabilmesi için akrozom reaksiyonuna uğraması gerekir.Sperm zona pellusidaya bağlandığında spermin başında bulunan spesifik reseptörler aktive olur ve ekzositoz gerçekleşir.Sperm plazma membranı ile dış akrozomal membran birleşince akrozom içeriği dışarı çıkar. Akrozom reaksiyonunu geçirmeyen bir sperm zona pellusida veya oolemmaya bağlanamaz.Somatik hücrelerde fosfoinozitid-3 kinaz’ın (phosphoinositide 3-kinase-PI 3-kinase)aktivasyonu hem reseptör tirozin kinaz(RTK)hem de G-proteinleri ile etkileşime girmesi sonucu gerçekleşir. G-proteinler,RTK,inozitol fosfolipidler ve fosfoinozitol 3-kinaz insan sperm akrozom reaksiyonunda yer alırlar. Fosfoinozitol 3-kinazın selektif bir inhibitörü olan Wortmannin’in insan sperm akrozom reaksiyonunu büyük ölçüde inhibe ettiği de gösterilmiştir.Sperm akrozom reaksiyonu, spermin yumurta ile kaynaşması için ön şarttır.Tamamlanmış akrozom reaksiyonu akrozomal vezikülün ekzositozunu ve akrozomal aktinin polimerizasyonunu içerir.İkinci kanal, depo kontrollü (store-operated) bir kanal olup akrozomal vezikülün ekzositozunu başlatır.Akrozom reaksiyonu, tripsin benzeri maddeleri ve akrozini de içeren bazı enzimlerin salgılanmasıyla en üst noktaya ulaşır.Ancak akrozom reaksiyonunu tamamlayan bir sperm zona pellusidayı geçebilir. Anjiyotensin dönüştürücü enzim(Angiotensin converting enzyme-ACE)spermin akrozomunda bulunur ve muhtemelen akrozom reaksiyonunu ve fertilizasyonu indükler. Kapasitasyonunu tamamlamış olan spermler korona radiyata ile temas ettiklerinde akrozomda delinmeler olur.Spermin plazma membranı ile akrozomun dış membranı pek çok noktadan kaynaşır.Bu kaynaşma noktalarında sperm plazma membranında delinmeler olur ve akrozom içindeki enzimler dışarıya verilir. Bu enzimlerden; radiyataya, hyaluronidaz penetrasyonunu, spermin korona tripsin benzeri maddeler zona pellusidanın sindirimini ve zona lizin ise spermin zona pellusidayı geçmesini kolaylaştırır. Son zamanlarda spermin akrozomal kılıfı üzerinde sperm akrozom antijeni-1(SAA-1)adı verilen bir antijen tespit edilmiştir. Monoklonal antikor tekniği kullanılarak analiz edilen bu antijenin akrozom reaksiyonunda önemli rolü olduğu ortaya konmuştur. İnfertil hastalarda, spermler immünfloresan veya RIA ile analiz edildiğinde sperm SAA-1 değeri fertillere göre anlamlı derecede düşük bulunmuştur.SAA-1 değerindeki düşüklük ile sperm morfolojisi arasında ise bir ilişki gösterilememiştir.


Oosit ve Sperm Hücre Membranlarinin Birleşmesi


Spermin üzerinde bulunan bir dimerik glikoprotein olan fertilin oosit plazma membranı üzerindeki bir protein ile bağlanır ve sperm oosit birleşmesini indükleyebilir.Fertilizasyondan sonra polispermiyi önleyen iki önemli değişiklik olur.İlki yumurta plazma membranının hızlı elektriksel depolarizasyonu, ikincisi ise zona pellusidanın biyokimyasal modifikasyonlarıdır. ZP2 ve ZP3’ün her ikisi de zona reaksiyonu aracılığıyla değişikliğe uğrarlar. ZP2, proteolitik bir yarılma geçirir ve ZP3 akrozom reaksiyonunu indükleme yeteneğini ve sperm reseptör aktivitesini kaybeder. Fertilizasyondan önce sekonder oosit, 2.mayoz bölünmenin metafazında sakin bir dönemdedir.Sperm zona pellusidaya temas eder etmez hızla penetre olur, spermin başı oosite temas eder ve zona pellusidanın geçirgenliği değişir, diğer spermlere karşı impermeabl olur. Bu olaya zona reaksiyonu denir. Bu esnada yumurtada ise yumurta aktivasyonu denen bir dizi metabolik ve fiziksel değişiklik olur. Bunların en başta geleni intrasellüler Ca+2 konsantrasyonunun artması ve 2.mayoz bölünmenin tamamlanmasıdır.Oositin üzerinde bulunan integrinler ve spermin üzerinde bulunan disintegrinler birbirleriyle bağlanırlar. Spermin oolemmaya temasıyla Ca+2 artışı olur. Kortikal granüller aktif hale gelir ve bu granüllerden lizozomal enzimler perivitellin aralığa salınır, böylece zona pellusida kalınlaşır.Meydana gelen membran depolarizasyonuyla hızlı blok oluşur ve başka sperm geçişi engellenmiş olur. Perivitellin aralığa çıkan enzimler zona pellusida üzerindeki sperm reseptörlerini sindirir ve zona pellusidanın diğer spermlere geçirgenliğini engeller. Başka spermler de zona pellusidaya gömülmüş olsa bile bu sayede tek bir sperm zona pellusidayı geçip oositin içine girebilir. Bu aşamada bölünmenin metafaz safhasında bekleyen oosit sitoplazması, spermin girmesiyle aktive olur ve sekonder oosit ikinci mayoz bölünmeyi tamamlar. Böylece olgun oosit yani ovum ve ikinci polar cisimcik oluşur. Bu andan itibaren ovumun nükleusuna dişi pronükleus adı verilir. Oosit sitoplazması içine giren spermin nükleer içeriği dağılır ve kromatin hızlı bir şekilde sıkıca paketlenmiş durumdan gevşek bir duruma geçer.Spermin kuyruğu ve mitokondrisi dejenere olur. Spermin (ve yumurtanın her ikisinin) kromatininin nükleer membran içinde küçülmesiyle erkek pronükleus oluşur. Pronükleusların büyümesi sırasında DNA sayıları replike olur.






Kaynakçalar

  1. Moore KL, Persaud TVN. The Developing Human, Clinically Oriented Embryology. 8th ed. Philadelphia: WB Saunders, 2009:14-40.

  2. Elder K, Dale B. In Vitro Fertilization. 2nd ed. Cambridge University Press, Cambridge (UK), 2000:22.

  3. Sadler TW. Langman’s Medikal Embriyoloji. Başaklar AC (Çeviri). Ankara: Palme Yayıncılık, 2005:7-38.

  4. Hogeveen KN, Sassone-Corsi P . Regulation of gene expression in post-meiotic male germ cells: CREM-signalling pathways and male fertility. Hum Fertil (Camb) 2006; 9(2):73-79.

  5. Xia W, Mruk DD, Lee WM, Cheng CY. Cytokines and junction restructuring during spermatogenesis--a lesson to learn from the testis. Cytokine Growth Factor Rev 2005; 16(4-5):469-493.

  6. Jha KN, Salicioni AM, Arcelay E, Chertihin O, Kumari S, Herr JC, et al. Evidence for the involvement of proline-directed serine/threonine phosphorylation in sperm capacitation. Mol Hum Reprod 2006; 12(12):781-789.

  7. Laflamme J, Akoum A, Leclerc P. Induction of human sperm capacitation and protein tyrosine phosphorylation by endometrial cells and interleukin-6*. Mol Hum Reprod 2005; 11(2):141-150.

  8. Androloji. Erkek Sağlığı. Üreme Sağlığı-Cinsel Fonksiyon Bozuklukları. http://www.androloji.info/kapasitasyon_patofiz yoloji.php

  9. Zarintash RJ, Cross NL. Unesterified cholesterol content of human sperm regulates the response of the acrosome to the agonist, progesterone. Biol Reprod 1996; 55(1):19-24.

  10. Baldi E, Luconi M, Bonaccorsi L, Krausz C, Forti G. Human sperm activation during capacitation and acrosome reaction: Role of calcium, protein phosphorylation and lipid remodelling pathways. Front Biosci 1996; 15(1):189-205.

  11. Leclerc P, de Lamirande E, Gagnon C. Interaction between Ca2+, cyclic 3',5' adenosine monophosphate, the superoxide anion, and tyrosine phosphorylation pathways in the regulation of human sperm capacitation. J Androl 1998; 19(4):434-443.

  12. Mandal A, Naaby-Hansen S, Wolkowicz MJ, Klotz K, Shetty J, Retief JD, et al. FSP95, a testis-specific 95-kilodalton fibrous sheath antigen that undergoes tyrosine phosphorylation in capacitated human spermatozoa. Biol Reprod 1999; 61(5):1184- 1197.

  13. Burks DJ, Carballada R, Moore HD, Saling PM. Interaction of a tyrosine kinase from human sperm with the zona pellucida at fertilization. Science 1995; 269(5220):83-86.

  14. Wassarman P, Chen J, Cohen N, Litscher E, Liu C, Qi H, et al. Structure and function of the mammalian egg zona pellucida. J Exp Zool 1999; 285(3):251-258.

  15. Prasad SV, Skinner SM, Carino C, Wang N, Cartwright J, Dunbar BS. Structure and function of the proteins of the mammalian Zona pellucida. Cells Tissues Organs 2000; 166(2):148-164.

  16. OMIM. Online Mendelian Inheritance in Man. An Online Catalog of Human Genes and Genetic Disorders. Updated: 1 March 2013. http://omim.org/entry/182889

  17. OMIM. Online Mendelian Inheritance in Man. An Online Catalog of Human Genes and Genetic Disorders. Updated: 1 March 2013. http://omim.org/entry/182888

  18. Zülfikaroğlu G, Özgür H, Polaturkey S. Molecular Aspects of Capacitation. Archives Medical Review Journal 2010; 19(1): 12-24.

  19. Fisher HM, Brewis IA, Barratt CLR, Cooke ID, Moore HD. Phosphoinositide 3-kinase is involved in the induction of the human sperm acrosome reaction downstream of tyrosine phosphorylation. Mol Hum Reprod 1998; 4(9):849-855.

  20. Hirohashi N, V acquier VD. Store-operated calcium channels trigger exocytosis of the sea urchin sperm acrosomal vesicle. Biochem Biophys Res Commun 2003; 304(2):285-292.

  21. Androloji. Erkek Sağlığı. Üreme Sağlığı-Cinsel Fonksiyon Bozuklukları. http://www.Androloji.İnfo/Kruger.Php

  22. İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Dönem I Hücre Bilimleri Ders Kurulu 3. Genel Embriyoloji Ders Notları. Prof. Dr. Ali OTLU. http://www.belgeler.com/blg/2su5/genel- embriyoloji-ders-notlari

  23. Androloji. Erkek Sağlığı. Üreme Sağlığı-Cinsel Fonksiyon Bozuklukları. http://www.androloji.info/membran_yapisi_fer tilizasyon.php

  24. Pathophysiology of the Reproductive System. Pregnancy and Embryology in Mammals. Fertilization and Early Embryonic Development: Introduction and Index. Fertilization. Last updated on April 1, 2000 http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphy s/reprod/fert/fert.html

  25. Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Histoloji- Embriyoloji Anabilim Dalı. Sunumlar ve Ders Notları. Güncelleme: 15.02.2012 http://histemb.medicine.ankara.edu.tr/Fertilizas yon-Blastosist.pdf

  26. Bebitoğlu FG. Döllenme ve döllenme anomalilerinin yardımla üreme tekniklerindeki önemi. Uluslararası İnsan Bilimleri Dergisi 29.09.2004. www.insanbilimleri.com/ojs/index.php/uib/arti cle/download/172/172

  27. https://haftahaftagebelik.com/gebelikte-3-hafta.html

  28. https://tr.fotolia.com/id/225115817

0 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi