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