Akrozom reaksiyonu
Transkript
Akrozom reaksiyonu
Derleme ‹NFERT‹L‹TE Akrozom reaksiyonu Doç. Dr. Bar›fl Altay Ege Üniversitesi T›p Fakültesi, Üroloji AD Akrozom spermatogenez s›ras›nda, Golgi cisimci¤inden köken alan, spermatozoan›n plazma membran›nda bulunan yap›d›r. Sperm bafl k›sm›n›n 2/3’lük k›sm›n› oluflturur; akrozin ve hyalurinidaz enzimleri içerir. Sperm kapasitasyon yetene¤ini kazand›ktan sonra zona pellucida penetrasyonunu gerçeklefltirmesi için öncelikle akrozom reaksiyonunun indüklenmesi gerekir. Spermin zona pellucidaya ba¤lanmas› s›ras›nda sperm bafl›ndaki spesifik reseptörler aktive olarak eksozitoz gerçekleflir. Plazma membran› d›fl akrozomal membran ile birleflince akrozomal içerik ortaya ç›kar. Normal fertil erkekte bu reaksiyon % 10’un alt›nda spontan gerçekleflir. Bu ifllem uyarana ve türlere göre de¤iflmekle birlikte ortalama 1-3 dakika sürer. ‹nsanda spermatozoa foliküler s›v› ile karfl›lafl›nca akrozom reaksiyonu (AR) saniyeler içinde bafllar ve füzyonun gerçekleflti¤i odak akrozomun apeks k›sm›ndad›r. Akrozomsuz round-spermatid zona pellucida (ZP) veya oolemmaya ba¤lanamaz. Yine küçük veya anormal akrozom yap›s›na sahip ve bunun d›fl›nda normal morfolojiye sahip spermin de ba¤lanma yetene¤i oldukça düflüktür. Akrozom reaksiyonunu indüklenmesi: 1. Sperm y›kama teknikleri 2. Folliküler s›v› 3. Kalsiyum iyonofor A23187 4. Progesteron 5. Zona pellucida glikoproteinler 6. Bovin serum albumin ‹nsanda folliküler s›v› sperm hareketlerinin kazan›lmas›nda düzenleyici rol oynar ve akrozom reaksiyonunu tetikler. Genital trakt boyunca spermin folliküler s›v› ile temas› sonras› progesteron etkin rol oynar. Ancak bunun d›fl›nda birden fazla mekanizma reaksiyonda etkilidir. GABA 2 farkl› tipte reseptör (GABAa-b) ile klor ve kalsiyum iyon transportu ile AR’nunu uyar›r. Di¤er taraftan GABAa-b reseptör antogonistleri ise AR inhibisyonunu sa¤lar. GABAa reseptör antagonisti ‘‘biculline’’ ve GABAb res. antagonisti ‘‘saclofen’’ ile yap›lan çal›flmalarda folliküler s›v› ile indüklenen AR inhibisyonu sa¤lanm›flt›r. Progesteron da GABA reseptörler yoluyla AR’de etkili olur. Kalsiyumun hücre içi al›m›nda sperm plazma membran›nda yerleflik ekstra-genomik progesteron reseptörleri rol oynar (1). ‹ntraselüler Ca art›fl› AR’de anahtar geliflimdir. Mitokondria, nükleus ve sitoplazmik droplet Ca kaynaklar›d›r. Kalsiyum iyonofor A23187 ile AR indüksiyonu sa¤lan›r. Fertilizasyon oran›n›n düflük saptand›¤› teratozoospermik olgularda reaksiyona giren akrozom oran› da belirgin olarak düflüktür (2). Aktin filamanlar› akrozomal boflluk, ekvotoral ve postakrozomal bölgede yer al›r. Aktin polimerizasyonuna ba¤l› ZP ile indüklenen AR gerçekleflir. Sperm protein tirozin fosforilizasyonu HCO3 adenil siklaz› uyararak cAMP düzeyini art›fl›, kad›n genital trakt›ndaki EGF, H2O2 ve sodyum vanadate ile gerçekleflir ve aktin polimerizasyonunu sa¤layarak AR indüksiyonu yapar (3). Ca2-ATPaz inhibitörü olan Thapsigargin akrozomal bölgede ba¤lanarak intraselüler Ca2 art›fl› sa¤lar ve fosfotirozin içeri¤ini artt›rarak tirozin fosforilizasyonu ile akrozomal ekzositozu sa¤lar (4). Liu taraf›ndan normal fertil kiflilerde ortalama % 14 motil sperm ZP’ya ba¤lan›rken, normozoopsermik infertil erkeklerde bu oran % 4 civar›nda tan›mlanm›flt›r. Kapasitasyon flartlar›na göre sperm-aktin birlikteli¤i var oldu¤undan, bu amaçla sperm bafl›na aktin ba¤lanma oran›na yönelik çal›flmalarda fertilizasyonun do¤ru orant›l› olarak artt›¤› saptanm›flt›r (5). Haprin ise aktin filamanlar› ve SNARE (soluble N-etilmaleimide-sensitive factor) yard›m›yla AR s›ras›nda membran füzyonu sürecinde rol oynayan proteindir.Testiste geç spermatogenez döneminde belirir (6). Serbest oksijen radikalleri (süreoksid anyon, hidroksil radikal ve hidrojen peroksid) düflük konsantrasyonda AR’nunu indüklerken, yüksek konsantrasyonda ROS AR üzerine olumsuz etkilidir (7). Enfeksiyon aç›s›ndan yap›lan çal›flmalarda ise IgA antikorlar› ile Klamidya enfeksiyonu saptanan hastalar ile Klamidya negatif hastalar ve sa¤l›kl› ki217 ‹NFERT‹L‹TE fliler aras›nda AR aç›s›ndan (Ca iyonofor A23187) yap›lan çal›flmada AR ile Klamidya spesifik IgA oranlar› aras›nda negatif korelasyon saptanm›flt›r (8). Prostazom prostat bezinden salg›lanan, kolesterol/lipid fosfor oran› çok yüksek partiküllerdir. Kad›n genital trakt› boyunca pH 5-5.5 aras› ortamda AR düzenlenmesinde görev al›r. Prostazomla H+ ba¤›ml› füzyon, spermatozoan›n AR indüksiyonunda Progesteronu daha etkin hale getirir (9). AR s›ras›nda cumulus matrix’de rol alan hyalüronik asit, spermatozoada intraselüler Ca art›fl› sa¤lar. Böylece spermatozoa cumulus veya zona pellucida içeri¤i ile karfl›lafl›nca AR’e daha duyarl› hale gelir. Tam aksine Glycodelin-F, cumulus matrixden salg›lanan protein, de progesteron-ba¤›ml› AR inhibisyonu sa¤lar. Bu flekilde istenmeyen prematür AR’nu engeller. Foliküler s›v› ve cumulus matrixden salg›lanan ZIF-1 (Zona binding inhibitory factor) de glycodelin gibi prematür AR’nu engeller (10). Deneysel olarak da Crohn hastal›¤› tedavisinde kullan›lan sülfosalazin ile yap›lan deneysel çal›flmalarda akrozomal membranda yer alan CD59 geninin PCR ile yap›lan çal›flmalarda belirgin flekilde azald›¤› gösterilmifltir, dolay›s›yla sülfosalazine ba¤l› erkek infertilite sorunlar› ortaya konmufltur. (11). AR monitorizasyonunda 1. Triple-stain 2. Monoklonal antikorlar: Akrozomal komponenta karfl› kullan›l›r 3. Florösan lectin (peanut agglütinin): D›fl akrozomal membran› görüntülemede yararl›d›r 4. Pisum sativum aglütinin: Akrozomal matriksi belirlemede yard›mc›d›r FITC-PSA (Double-fluoresence) ile birlikte akrozomal kayb› de¤erlendirmede en güvenilir tekniktir . Ayr›ca uzun süre saklanabilir, çok zaman gerektirmez ve daha az donan›ml› laboratuarlarda rahatl›kla uygulanabilir. Akrozom ile beraber sperm morfolojisi de de¤erlendirilebilir. Akrozom reaksiyonun olmamas›: 1. Uygunsuz sperm kapasitasyonu 2. Zona pellucidaya ba¤land›ktan sonra sperm membran›nda gerekli yap›sal-fonksiyonel de¤iflikliklerin ger- 218 Derleme çekleflmemesi 3. Zona pellucida kapasitesinde AR indüksiyonunda yetersizlik fleklinde de¤erlendirilir. Üremeye yard›mc› tekniklerin baflar›s›n› belirlemede akrozom testi *ARIC (Acrosome reaction ion challenge test): AR yetersizli¤i: ‹yonofor ile indüklenen ve indüklenmeyen AR sperm fark›<%15 ise AR prematüresi: Spontan AR >%20 ( WHO 1999) Her iki patoloji de bir hastada beraber gözlenebilir. *ZIAR (Zona pellucida induced acrosome reaction test) ZIAR >%15 ise fertilizasyon oranlar› belirgin yüksek oldu¤u için; ZIAR testinin IVF-ICSI seçiminde kullan›labilir bir test oldu¤u vurgulanmaktad›r(12). Normal semen parametrelerine ra¤men IVF baflar›s›zl›¤›n› ZIAR % 90 oran›nda belirlemektedir (13). *Ca iyonofor ile indüklenen AR test Fertilizasyon baflar›s›zl›klar›n› belirlemede önem tafl›r. Ancak bu test fizyolojik AR’dan farkl› olarak kimyasal etki ile Ca art›fl› sa¤lar ve baz› sinyal-ileti sistemlerini atlayarak etkisini gösterir. Bu nedenle düflük doz iyonofor ile indüklenen AR do¤ala daha yak›n benzerlik gösterir(14). *Mannoz Ligand Test Periakrozomal plazma membran›nda ki mannoz reseptörleri ile zona pellucidaki mannoz ligandlar› arac›l›¤›yla sperm-ZP aras› iliflki de¤erlendirilmektedir. Mannoz ile indüklenen AR ile akrozomal ekzositoz art›fl› beraberinde IVF baflar›s›n› göstermektir (15). *Akrozin Test Sperm spesifik tripsin benzeri akrozomal proteinaz yap›dad›r. Bu enzim sistemi spermatozoan›n ZP içine girmesine yard›mc› olur. Non-zimojen formdaki akrozin proakrozinin aktivasyonunu bafllat›r. Aç›klanamayan infertil erkeklerde proakrozin formda akrozin oran› kontrol grubuna göre belirgin olarak düflüktür (16). Derleme ‹NFERT‹L‹TE Kaynaklar: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Burello N, Vicari E, D’Amico L, Sata A, D’Agata R, Calogero A. Human follicular fluid stimulates the sperm acrosome reaction by interacting with the GABA reseptors. Fertil Steril 2004 Oct; 82(3): 1086-90. Liu DY, Baker HW. Calcium ionophore-induced acrosome recation correlates with fertilization rates in vitro in patients with teratozoospermic men. Hum Reprod 1998 ; 13(4): 905-10. Brener E, Rubinstein S, Cohen G, Shternall K, Rivlin J, Breitbart H. Remodeling of the actin cytoskeleton during mammalian sperm capacitation. Biology of Reproduction 2002 Oct; (68): 837-45. Dorval V, Dufour M, Leclerc P. Role of tyrosine phoshorylation in the thapsigargin-induced intracellular Ca store deplation during human sperm acrosome raection. Mol Hum Reprod 2003; (9): 125-31. Liu DY, Clarke GN, Baker HW. Exposure of actin on the surface of the human sperm head during in vitro culture realtes to sperm morphology, capacitation and zona binding. Hum Reprod 2005 Jan; 20(4): 9991005. Kitamura K, Tanka H, Nishimune Y. Haprin, a novel hapliod germ cellspecific RING finger protein involved in the acrosome reaction. J Biol Chem 2003 Nov; 278(5): 44417-44423. Ichikawa T, Oeda T, Ohmori H, Schill WB. Reactive oxygen species influnce the acrosome reaction but not acrosin activity in human spermatozoa. Int J Androl 1999; 22: 37-42. Jungwirth A, Straberger A, Esterbauer B, Fink K, Schmeller N. Acrosome reaction in chlamidya-positive and negative patients. Andrologia 2003; 35: 314-6. Palmerini CA, Saccardi C, Carlini E, Fabiani R, Arienti G. Fusion of prostasomes to human sparmatozoa stimulates the acrosome reaction. Fertil Steril 2003 Nov; 80(5): 1181-4. 10. Chiu P, Koistinen H, Koistinen H, Seppala M, Lee KF, Yeung WSB. Binding of zona bindging inhibitory factor-1 (ZIF-1) from human follicular fluid on spermatoza. J Biol Chem 2003 April, 278(15): 13570-7. 11. Fukushima T, Kato M, Adachi T, Hamada Y, Horimoto M, Komiyama M, Mori C, Horii I. Effects of sulfasalazine on sperm acrosome recation and gene expression in the male reproductive organs of rats. Toxil Science 2005; 85: 675-82. 12. Esterhuizen AD, Franken DR, Lourens JGH, van Rooyen LH. Clinical importance of zona pellucida-induced acrosome reaction and its predictive value for IVF. Hum Reprod 2001;16(1): 138-44. 13. Bastiaan HS, Windt ML, Menkveld R, Kruger TF, Oehninger MD, Franken DR. Relationship between zona pellucida-induced acrosome raection, sperm morphology, sperm-zona pellucida binding, and in vitro fertilization. Fertil Steril 2003 Jan; 79(1): 49-55. 14. Katsuki T, Hara T, Ueda K, Tanaka J, Ohama K. Prediction of assisted reproduction treatment using the calcium ionophere-induced acrosome reaction. Hum Reprod 2005; 20(2): 469-75. 15. Benoff S, Hurley IR, Mandel FS, Paine T, Jacob A, Cooper GW, Hershlag A. Use of mannose ligands in IVF screens to mmimic zona pellucidainduced acrosome reactions and predict fertilization success. Mol Hum Reprod 1997; 3(10): 839-46. 16. Chaudhury K, Das T, Chakravarty B, Bhattacharyya AK. Acrosin activity as a potential marjker for sperm membrane characteristics in unexplained male infertility. Fertil Steril 2005; 83(1): 104-9. 219