1 İMMUNOKONTRASEPSİYON YÖNTEMLERİ 1. ZONA PELLUCIDA AŞILARI

İMMUNOKONTRASEPSİYON YÖNTEMLERİ
1. ZONA PELLUCIDA AŞILARI
Immunocontraception Methods 1. Zona Pellucida Vaccines
Güneş SERİN*, İlker SERİN**
Özet: Memelilerdeki zona pellucida glikoproteinleri fertilizasyon sürecindeki kilit rolü
nedeniyle kontraseptif aşıların üretiminde immunojen olarak kullanılmaktadır.
Günümüzde domuz zona pellucida (pZP) antijenleri ile yapılan immunokontrasepsiyon
çalışmaları üremenin kontrolünde büyük umut vaat etmektedir. Bu derlemede zona
pellucida glikoproteinleri ile hazırlanan kontraseptif aşılar son dönem çalışmaların
ışığında değerlendirilecektir.
Anahtar sözcükler: İmmunokontrasepsiyon, zona pellucida, aşı.
Summary: Zona pellucida (ZP) glycoproteins, due to their critical role in mammalian
fertilization,
have
been
used
as
immunogens
in
contraceptive
vaccines.
Immunocontraception using zona pellucida antigens, specifically porcine zona pellucida
(pZP), has become one of the most promising reproducitive control tools in the world
today. This reviews describes the importance and features of contraceptive vaccine with
zona pellucida glycoproteins, with data of recently studies.
Key words: Immunocontraception, zona pellucida, vaccine.
GİRİŞ
Günümüzde gerek evcil gerekse vahşi hayvan populasyonunda görülen istenmeyen
artışlar ve bunların toplum sağlığına zarar verir duruma gelmesi etkili ve güvenli
*
**
Dr. ADÜ Veteriner Fakültesi Doğum ve Reprodüksiyon Hst. ABD
Yrd Doç Dr. ADÜ Veteriner Fakültesi Doğum ve Reprodüksiyon Hst. ABD, AYDIN
1
kontraseptif yöntemlerin kullanımını zorunlu hale getirmiştir (1,4). Bu hayvanların
östrus belirtilerinin geçici yada devamlı olarak ertelenmesi, başlayan çiftleşme
dönemlerinin yatıştırılması, implantasyonun engellenmesi ve gebeliklerinin sona
erdirilmesine yönelik cerrahi, fiziksel ve hormonal sağıtım seçenekleri uzun süredir
kullanılmaktadır. Bununla birlikte özellikle sokakta başıboş olarak yaşayan kedi, köpek
gibi hayvanlarının üremelerinin engellenmesinde etik açıdan tartışma konusu olan ve
temelinde yaşamlarının sona erdirilmesine dayanan yöntemler de vardır. Kullanımlarına
bağlı olarak değişik derecelerde etkili olan bu yöntemlerin her birinin kendilerine özgü
dezavantajlarının bulunması, araştırmacıların son yıllarda alternatif yöntemler üzerinde
yoğunlaşmalarına
neden
olmuştur.
Özellikle
immunokontrasepsiyon
ve
immunosterilizasyon gibi çalışmalar son yıllarda hızla artan biçimde araştırma konusu
olmuştur (1,11).
İmmunokontrasepsiyon nedir?
Memelilerdeki üreme eylemi dişi ve erkek gametlerin üretimi ve fertilizasyon yerine
taşınımı, gametlerin birleşimi (fertilizasyon) ve oluşan blastosistin endometriuma
implantasyonu olarak başlıca üç ana başlık altında incelenebilir (16). Reprodüktif süreç
içerisindeki bu üç önemli aşamadan en az birisinde aktif ve/veya pasif immunizasyon
yoluyla yapısal veya fonksiyonel hasar oluşturulması ve bu sayede gebeliğin
engellenmesi
immunokontrasepsiyonun
(aşı
ile
kontrasepsiyon)
temelini
oluşturmaktadır (16, 18).
İmmunokontrasepsiyon bireyin immun sisteminin gebelikten korunmaya yönelik
olarak aktive edilmesi olarak tanımlanabilir. Fertilite düzenleyici aşılar olarak da
adlandırılan bu uygulamada gonadal hormonlar, spermatozoon, ovum ve embriyoya
2
karşı oluşturulan humoral immun yanıt sayesinde fertilizasyon geçici olarak
engellenebilmektedir. Aşılama sonrası birey ortalama 12 ay kadar steril kalmakta,
dolaşımdaki immunglobulin seviyesinin düşmesini takiben üreme yeteneğini tekrar
kazanmaktadır (1,11). Fertil döneme geri dönüşe izin veren immunokontraseptif aşıların
etkin bir yöntem oluşu, sistemik yan etkisinin bulunmayışı, tek uygulamada başarı
olanağı, ve diğer yöntemlere kıyasla oldukça ucuz bir yöntem olması avantajları
arasında sayılmaktadır (1,16,18).
İmmunokontrasepsiyonda antijen görevi yapacak dişi ve erkeğe ait çeşitli
reprodüktif moleküllerden yararlanılmaktadır. Anti-gonadotropik aşılar için GnRH,
FSH, LH hormonları; anti-ovum aşıları için zona pellucida (ZP) antijenleri; anti-sperm
aşıları için laktik dehidrogenaz-X ve membran antijenleri; embriyoya karşı geliştirilen
aşılar için ise plasentanın yapısındaki antijenler ve plasental hormonlar (hCG)
kullanılmaktadır (8,14,16,24,25). Bir kısmı deneme aşamasında olan bu antijenler
reprodüktif süreçteki görevleri, istenen immun yanıtı oluşturma gücü, kolay
bulunabilirliği, ucuzluğu ve yan etkileri gibi kriterler eşliğinde değerlendirilmektedir.
Dişi bireyler için üretilen ZP aşıları sayesinde monoklonal ve poliklonal anti-ZP
antikorları ovumu spermatozoona karşı bloke ederek fertilizasyonu engellemektedir.
Etki mekanizması hakkında farklı iddialar olmakla birlikte pek çok memeli türünde
yaygın olarak uygulanan ZP aşılarından olumlu sonuçlar alınmaktadır (1,2,5,11,30).
Oogenezis sürecinde ZP
Ovaryumun kortikal bölümünde primordial germ hücresinden oosit aşamasına kadar
uzanan oogenezis süreci içinde 4 follikül tipi görülmektedir. Dişi gametin ilk aşaması
olarak kabul edilen primordial folliküller intrauterin yaşamın 3. haftasından itibaren
3
görülmeye başlar. Primordial follikülün içindeki oosit sadece tek sıralı folliküler
hücreler ile kaplıdır. Follikül ilerleyen zaman içerisinde giderek büyür ve oosit ZP ile
çevrelenmeye başlar. Bu aşamaya Primer follikül adı verilmektedir. Primer follikül
safhasında ZP immunolojik olarak tespit edilebilmekle birlikte, oositi tam olarak
sarmalamamaktadır (11). Sekonder follikül aşamasında ise oosit etrafındaki hücreler
üreyerek katmanlaşır. Preantral dönem olarak adlandırılan bu süreç içinde ZP’nin
formasyonu tamamlanmıştır. Ardından gelen tersiyer ve Graaf follikülü aşamalarında da
oositler ZP ile sarılı haldedir (19).
Tüm memeli oositlerinde bulunan ve glikoprotein yapısındaki bir zar olan ZP,
fertilizasyon ve erken embriyonik dönemde önemli fonksiyonlara sahiptir. ZP türe
spesifik
spermatozoonun
tanınması,
akrozom
reaksiyonunun
indüksiyonu,
spermatozoonun ovum içine penetrasyonu, polisperminin engellenmesi ve implantasyon
öncesi blastosistin çeşitli patojenlere karşı korunmasında etkili rol oynamaktadır.
Memeli türlerindeki ZP biyokimyasal ve immunolojik yönden ZP-1, ZP-2 ve ZP-3
olarak adlandırılan glikoprotein yapısındaki fraksiyonları içerir ve bunlar sperm
bağlayıcı reseptör görevini görür (17,18,30). Reprodüktif değeri yüksek olan bu yapı
immunokontrasepsiyon çalışmalarında hedef organ niteliğindedir.
Domuz ZP (pZP) antikorlarının immunokontrasepsiyonda kullanımı
Çok miktarda ve kolay bulunan domuz ZP’si yüksek heterospesifik yapısı sayesinde
yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır (3,15,18,30). Domuz ZP’sinde bulunan pZP3α
insan ZP1’i ile homolog özelliklere sahiptir.
Bu kısım spermatozoonun ovuma
tutunumu ve penetrasyonunda oynadığı rol nedeniyle primer sperm reseptörü olarak da
adlandırılmaktadır (1,17).
4
Aşıların hazırlanmasında kullanılan adjuvanlar aşının uygulandığı türe bağlı
olarak, immunojenik yanıt oluşturma gücü ve folliküler atrofiye neden olma olasılığı
yönünden değerlendirilirler. Ancak farklı türlerdeki değişken sonuçlar daha etkin ve
güvenli adjuvanların üretimi gerekliliğini ortaya koymaktadır (11).
Üretilen pZP proteinlerinin reprodüktif sisteme spesifik olması nedeniyle diğer
dokular üzerinde etkisi yoktur (15). Barber ve Fayrer-Hosken (2) pZP’ ye karşı üretilen
antikorlarının at ve köpeklerden aldıkları 14 farklı somatik doku üzerinde çapraz
reaksiyon oluşturmadığını bildirmiştir.
Yaban hayatında ve evcil hayvanlarda pZP aşılarının kullanımı
Domuz ZP aşıları hamster, tavşan, geyik, köpek, maymun, at, fil, aslan ve babunlar
üzerinde kontrasepsiyon amacıyla kullanılmıştır ve bilinen 45 tür üzerinde etkilidir
(2,15,28). Bu uygulama sayesinde yerleşim bölgelerine yakın yerlerdeki yabani
hayvanların kontrolünde kolaylık sağlanmıştır (4). Hayvanat bahçelerinde ve doğal
ortamlarında bulunan fil, yabani at, geyik ve maymunlarda uygulanan ZP aşıları antikor
titresine göre değişen sürede geri dönüşümlü infertilite oluşturmakta ve bu durumun
üremeye yönelik sosyal davranışlarda değişim yaratmadığı görülmektedir (7,12,13,
22,23,27). pZP aşıları önceden oluşmuş gebelikler için etkisizdir. Atlarda yürütülen
çalışmalarda gebe kısraklarda olumsuz yan etki oluşturmadığı bildirilmiştir (21). Ayrıca
pZP aşıları deniz memelilerinde de uygulama alanı bulmuştur. Gri foklarda (Halihoerus
grypus) yürütülen aşılama çalışmalarında 5 yıl içinde fertilite oranında % 90 azalma
kaydedildiği bildirilmektedir (6).
ZP aşıları yaban hayatta olduğu kadar evcil hayvanlar içinde önemli bir
kontrasepsiyon seçeneği olup, hızlı üreme potansiyelleri ve östrus sırasındaki hırçın
5
davranışları nedeniyle evcil karnivorlar üzerinde de denenmektedir. Aşılama sonrası
hayvanlarda serum IgG seviyesinin yükseldiği ve birkaç ay steril kaldıkları bildirilmiştir
(11). Brandon ve ark (5), 30 gün arayla iki kez 200µg pZP enjeksiyonu uyguladıkları
köpeklerden alınan ovaryumlarda tüm tersiyer folliküllerde nötrofil infiltrasyonu, oositgranulosa hücre
vakuolizasyon
ve
kompleksinde
nötrofil
dejenerasyon,
infiltrasyonu
primer
görülmüş
ve
ve
sekonder
oositlerde
immunolojik
olarak
belirlenebilecek ZP dokusuna rastlanmadığı bildirilmiştir.
Kediler üzerinde yürütülen çalışmalarda başarılı sonuçlar elde edilmekle birlikte
anti pZP antikorlarının kedi ZP’sine düşük affinite gösterdiği durumlar sözkonusudur.
pZP aşılamaları sonrası ovaryumda herhangi bir patoloji görülmemekle birlikte
gebeliğin engellenemediği olgular bulunmaktadır (15, 20).
Canlı aşılamalar sonrası görülen reprodüktif yan etkiler
Tavşan, köpek ve primatlarda sıcakta çözünen pZP antikorları enjeksiyonlarında
ovaryan disgenezi, ooforitis ve polikistik ovaryum sendromu oluşumu ve dönüşümsüz
sterilite gelişimi görülmüştür (10,11). Bununla birlikte Dunbar (9), pZP antikorlarının
sperm penetrasyonunu engellemekle birlikte, follikülün maturasyon ve ovulasyonunu da
engellediğini belirtmiştir. Dolayısıyla pZP antijenlerinin istenen antifertil etki yerine
ovarian distrofi oluşturarak kontraseptif etki yarattığı düşünülebilir. Bu durum antikor
hazırlama aşamasındaki ovaryum kaynaklı diğer bazı proteinlerin kontaminasyonuna
bağlanabilir, nitekim saflaştırılmış pZP (pZP3α ve pZP3β karışımı) aşılarının
maymunlardaki kullanımında bu yan etkiler kısa süreli ve dönüşümlü olarak
görülmüştür (29). Mahi-Brown ve ark. (26), köpeklerdeki aşılamalarında purifiye pZP
kullanıldığı halde siklus düzensizlikleri ve ovaryum dejenerasyonu gözlemişlerdir.
6
Dolayısıyla olası ovaryum patolojilerinin pZP antikorlarının saflaştırılması ile kısmen
azaltılabildiği, ancak reprodüktif hasarın kalıcı hale gelmesinde tür, adjuvanlar ve
immunojen üzerinde bulunan T ve B hücre epitoplarının varlığı gibi diğer faktörlerin
etkisi olduğu da belirtilmektedir. ZP üzerinde bulunan bu epitoplar sıklıkla ooforitislere
neden olmaktadırlar. Aşılamalara bağlı ooforitislerin engellenmesi için bu epitoplardan
arındırılmış rekombinant ZP proteinleri ve sentetik peptit immunojenler gibi alternatif
immunojenlerin kullanımı söz konusudur (11,18).
Otoimmun olarak gelişen oosit ve granulosa hücrelerindeki hasar ve bu hasara
bağlı oluşan sterilite insan hekimliğinde istenmeyen yan bir etki iken, veteriner
hekimlikte tercih edilebilen bir durumdur. Çünkü kalıcı olarak kısırlaştırılması istenen
hayvanlar için immunosterilizasyon daha uygun bir alternatiftir. İmmunosterilizasyonda
spesifik hedef proteinlerle aşılama sonrası dev T-hücre ve B-hücre reaksiyonuna bağlı
olarak ovaryumda irreverzibl yıkım oluşur ve birey steril hale geçer (11). Bu idiopatik
sterilitenin tür bazındaki patofizyolojisi tam olarak belirlenememiştir Ancak aşı ile
kısırlaştırma fikri kedi ve köpekler için umut vaat eden bir yöntemdir (30). Çiftleşme
istek ve davranışlarının devamı yaban hayatında istenen bir durumdur. Ancak bu durum
evcil karnivorlarda infeksiyöz hastalıklar ile genital neoplazilerin insidensinde artış ve
sahibine verdiği rahatsızlık nedeniyle bir dezavantajdır (4,5) .
Yaban hayatındaki immunokontrasepsiyon çalışmalarından elde edilen bulgular
ZP aşılarının bir sonraki adımı olan oral ve nazofarengeal aşılama fikrini doğurmuştur.
Bu şekilde manüplasyonlar çok daha kolay ve pratik olabilir. Buna ek olarak DNA
aşıları ile gerçekleştirilmesi düşünülen aktif immunizasyon bu yöntemin gelecekteki
rotasını belirlemede önemli bir adım olarak kabul edilmektedir (18).
7
KAYNAKLAR
1.
Barber M.R., and Fayrer-Hosken R.A.: Possible mechanisms of mammalian
immunocontraception. J Reprod Immunol, 2000a; 46: 103–124.
2.
Barber M.R., and Fayrer-Hosken R.A.: Evaluation of somatic and
reproductive immunotoxic effects of the porcine zona pellucida vaccination. J Exp Zool,
2000b; 286: 641–646.
3.
Barber M.R., Lee S.M., Steffens W.L. Ard Z.M., and Fayrer-Hosken R.A.:
Immunolocalization of zona pellucida antigens in the ovarian follicle of dogs, cats,
horses and elephants. Theriogenology, 2001; 55: 1705-l 717.
4.
Bradley M.P., Eade J., Penhale J., Bird P.: Vaccines for fertility regulation of
wild and domestic species. J. Biotechnol, 1999; 20:73 (2-3): 91-101.
5.
Brandon C.I., Barber M.R., Brooks P.M., Fayrer-Hosken R.A.: Canine
immunosterilization with a porcine zona pellucida vaccine. Theriogenology, 1998; 49
(1): 262.
6.
Brown R.G., Bowen W.D., Eddington J.D., Kimmins W.C., Mezei M.,
Parsons J.L., and Pohajdak B.: Evidence for an long lasting single administration
contraceptive vaccines in wild grey seals. J Reprod Immunol, 1997; 35: 43-51.
7.
Delsink A.K., van Altena J.J., Kirkpatrick J., Grobler D., Fayrer-Hosken
R.A.: Field applications of immunocontraception in African elephants (Loxodonta
africana). Reprod Suppl., 2002; 60: 117-24.
8.
Delves P.J.: How far from a hormone-based contraceptive vaccine? J Reprod
Immunol., 2004; 62: 69-78.
9.
Dunbar B.S.: Ovarian antigens and infertility. Am J Reprod Immunol, 1989; 21:
28-31.
10.
Dunbar B.S., Prasad S., Carin C., and Ms, Skinner S.M.: The Ovary as an
Immune Target. J Soc Gynecol Invest, 2001; 8(1): 45.
11.
Fayrer-Hosken R.A., Dookwah H.D., and Brandon C.I.: Immunocontrol in
dogs. Anim Reprod Sci, 2000; 60, 365–373.
12.
Fayrer-Hosken R.A., Barber M.R., Crane M., Collins T., and Hodgden R.:
Differences in immunocontraceptive responses in white-tailed deer Odocoileus
virginianus) and goats (Capra hircus). Reprod Suppl., 2002; 60:125-9.
8
13.
Fayrer-Hosken R.A., Bertschinger H.J., Kirkpatrick J.F., Grobler D.,
Lamberski N., Honneyman G. and Ulrich T.: Contraceptive potential of the porcine
zona pellucida vaccine in the African elephant (Loxodonta africana). Theriogenology,
1999; 52: 835-846.
14.
Ferro V.A., Khan M.A.H., McAdam D., Colston A., Aughey E., Mullen
A.B., Waterson M.M., Harvey M.J.A.: Efficiacy of an anti-fertility vaccine based on
mammalian gonadotropin releasing hormone (GnRH-I) a histological comparison in
male animals. Vet Immunol Immunop, 2004; 101: 73-86.
15.
Gorman S.P., Levy J.K., Hampton A.L., Collante W.R., Harris A.L., and
Brown
R.G.:
Evaluation
of
a
porcine
zona
pellucida
vaccine
for
the
immunocontraception of domestic kittens (Felis catus). Theriogenology, 2002; 58(1):
135-49.
16.
Griffin
P.D.:
Contraceptive
vaccines.
Erişim
adresi:
www.Gfmer.ch/Books/Reproductive_health/Contraceptives_vaccines.html; 2004
17.
Gupta S.K., Jethanandani P., Apfalzulkar A., Kaul R., and Santhanam R.:
Prospects of zona pellucida glycoproteins as immunogens for contraceptive vaccine.
Hum Reprod Update, 1997; 3 (4): 311-324.
18.
Gupta S.K., Srivastava N., Choudhury S., Rath A., Sivapurapu N., Gahlay
G.K., and Batra D.: Update on zona pellucida glycoproteins based contraceptive
vaccine. J Reprod Immunol, 2004; 62: 79-89.
19.
Hafez
E.S.E.:
Folliculogenesis,
Egg
Maturation
and
Ovulation.
In:
Reproduction in Farm Animals. Ed. Hafez, E.S.E., Philadelphia, Lea & Febiger, 1987,
130-167.
20.
Ivanova M., Petrov M., Klissourska D., and Mallova M.: Contraceptive
potential of porcine zona pellucida in cats. Theriogenology, 1995; 43: 969-81.
21.
Kirkpatrick J.F., Turner J.W.: Reversibility of action and safety during
pregnancy of immunization against porcine zona pellucida in wild mares (Equus
caballus).Reprod Suppl. 2002; 60:197-202.
22.
Kirkpatrick J.F., Turner J.W. Jr, Liu I.K., and Fayrer-Hosken R.A.:
Applications of pig zona pellucida immunocontraception to wildlife fertility control. J
Reprod Fertil Suppl., 1996; 50: 183-9.
9
23.
Kirkpatrick J.F., Turner J.W. Jr, Liu I.K., Fayrer-Hosken R.A., and
Rutberg A.T.: Case studies in wildlife immunocontraception: wild and feral equids and
white-tailed deer. Reprod Fert Develop., 1997; 9(1):105-10.
24.
Ladd A., Tsong Y.Y., Walfield A.M., and Thau R.: Development of an
antifertility vaccine for pets based on active immunization against luteinizing hormonereleasing hormone. Biol Reprod., 1994; 51: 1076-1083.
25.
Levy J.K., Miller L.A., Crawford P.C., Ritchey J.W., Ross M.K., and
Fagerstone K.A.: GnRH immunocontraception of male cats. Theriogenology, 2004; 62:
1116-1130.
26.
Mahi-Brown C.A., Yanagimachi R., Hoffman J.C., and Huang Jr T.T.:
Fertility control in the bitch active immunization with porcine zonae pellucidae: Use of
different adjuvants and patterns of estradiol and progesterone levels in estrous cycles.
Biol Reprod., 1985; 32: 761-772.
27.
Miller L.A., Johns B.E., and Killian G.J.: Long-term effects of PZP
immunization on reproduction in white-tailed deer. Vaccine, 2000; 18: 568-574
28.
Rutberg A.T., Naugle R.E., Thiele L.A. and Liu I.K.M.: Effects of
immunocontraception on a suburban population of white-tailed deer Odocoileus
virginianus. Biol Conserv, 2004; 116: 243–250.
29.
Sacco A.G., Pierce D.L., Subramanian M.G., DeMayo F.J.: Ovaries remain
functional in squirrel monkeys (Saimiri sciureus) immunized with porcine zona
pellucida 55.000 macromolecule. Biol Reprod, 1987; 36: 481-490.
30.
Sinowatz F., Toèpfer-Petersen E., Koèlle S., and Palma G.: Functional
morphology of the zona pellucida. Anat Histol Embryol, 2001; 30, 257-263
10