Katalog

M O L E K Ü L E R B İ Y O L O J İ Memelilerde döllenmenin gizli yönleri araştırıldı Yumurta tutan proteınler Sperm alıcıları Bir spermle yumurtanın birleşmesinden önce ve sonra yer alan olaylarda, bir tek molekülün yaşamsal rol oynadığı belirlendi. Araştırma, doğum kontrolü ve kıoırlık tedavisinde yenilikler doğuracak.. Yazan: Paul M. Wassarmann Çeviri: Gülşat Aygen I sviçrelı zoolog Hermann Fol'un mikroskobunun altında ılk kez bir spermin yumurtaya girerek döllemesini ve yeni embriyonun ilk hücre oluşumunu izleyeli yüz yıldan uzun bir süre oluyor. O günden beri sürdürülen araştırmalar, spermin yumurtayla ilk temasından embriyo gelişimine kadar bütün aşamaları aydınlattı. Konunun ilk araştırmacıları, dikkatlerini deniz omurgasızlarında yoğunlaştırmışlardı. Bunun ana nedeni de memelilerinkinın tersıne bu tür organizmaların yumurtalarının dişi vücudun dışında(deniz suyunda), laboratuvarda kolaylıkla yaratılabilen koşullarda döllenmesidir. 1950'lerden beri yapılan çalışmalarla memelilerin yumurtalarının döllenmesini ve gelişmesını sağlayan in vltro kültürler geliştirilmiş durumda. Artık spermyumurta etkileşimi memelilerde de ayrıntılarıyla ıncelenebıliyor. Söz konusu araştırmalar sadece memelilerde döllenmenin basit olaylarını değil, bu olay ların altında yatan moleküler mekanizmaları da aydınlattılar. Kısa süre önce Paul Wassarman ve arkadaşları, bir farenin yumurtasının dış kabuğunda bulunan ve sperm reseptörü işlevi gören bir molekülü saptadılar. Ayrıca bu molekülün döllenme sırasında ve sonrasında yaşamsal bir rol oynadığını da keşfettiler. Farelerin ve diğer memelilerin dollenmeye ilişkin moleküllerinin incelenmesi, insanlarda üremenın biyokımyasal araştırmalarına çok yararlı olabilir. Bu çahşmalar hem doğum kontrol yöntemlerinde hem de kısırtık tedavisinde yeni yöntemlerin keşfine de olanak sağlayacaktır insan yumurtası biyokımyasal araştırmalara yetecek sayıda sağlanamayacagından çalışmalar, döllenmeleri insan ve diğer memelilerinkine çok benzeyen fare yumurtalanyla yapılmakta. Döllenme işlemi pek çok spermin, yumurtanın "zona pellucida" adı verilen kalın dış tabakasındaki reseptörlere Laboratuvarda, döllenmemış yumurtalarla spermler bir araya getirildiğinde, yumurta tutan protetnler, yumurtadaki sperm alıcılarmı tutarlar ve döllenme gerçekleşir. Altta sperm reseptörleri bulunuyorsa, sperm bunlara tutunur, çünkü yumurta tutan proteinler şimdi bloke edilmiş durumdadırlar. Sperm Dollenmeye geçıs. Fare sperminin ve yumurtasının 1000 kez buyutülmüş görüntusu. önce gevşekçe, sonra sımsıkı tutunmasıyla başlar. Yüzeyinde çok sayıda, yumurtaya baglanan proteinler bulunan her sperm, yumurtanın üstündeki pek çok sperm reseptörune bağlanır. Genellikle spermin yumurtaya bağlanması, türeözel bH* nitelik taşır; yumurtanın üstündeki sperm reseptörlen sadece kendi türünün spermlerini kabul eder. Bu özellik bitki ya da hayvan bütün organizmalarda sadece kendi türünün cinsiyet hücrelerını kabul etme şeklinde belirgindir. Laboratuvar çalışmaları da birkaç istisna dışında (at ve eşeğin çiftleşmesi gibi), farklı türler arası döllenmeyle oluşan embriyoların büyüme şansı olmadığını kanıtlamış durumda. Döllenme öncesınde sperm, zona pelluside bağlandıktan hemen sonra 'akrozom tepkimesı' başlar. "Akrozom" sperm başının alt kısmında, başı örten plazma zarının tam altında sindirim enzimleri bakımından zengin bir organeldir.(Organel Bir hücrenin, organa benzetilen, uzmanlaşmış bölümü). Söz konusu tepkime sırasında plazma zarının ön 2/3 kısmı akrozomun dış zarıyla birleşir. Bu birleşmenin sonunda spermin plazma zarı ve akrozom dış zarını içeren bir kese oluşur. Bu hibrid keseler giderek dökülerek zona pellusiti iç akrozom zarı ve akrozom enzimlerine maruz bırakırlar. Zona pellusidi sindıren enzimlerin yardımıyla, akrozomla tepkımoye girmiş sperm yumurtanın dış kabuğundan içeri girer. İlerleyen çok sayıda spermden sadece biri, zona pellusit ve yumurtanın plazma zarı arasındakı dar bölgeyi (perıvıtellıne space) geçıp zarla bırleşerek yumurtayı döller. Bu aşamada babanın genetik maddelerı dışınınkılerle karışarak embıryonun gelışımını başlatırlar. Birkaç saniye içinde plazma zarı, birkaç dakika ıçınde de zona pellusit (zona tepkimesi) değışir. Böylece hem plazma zarı hem de dış kabuk diğer spermlerın geçemeyeceğı bir nitelik kazanır. Bu değişimin yaşamsal önemi, embriyo ıçin ölümcül olan polispermıyı(bır yumurtaya birden çok spermin girmesi) önlemesınde yatar. Artık laboratuvar çalışmaları yumurtanın dış kabuğunun gelışmiş bir bıyolojik güvenlik sistemi olarak işlev gördüğünü kanıtlıyor: Bu kabuk gelen spermlerden yetkın bir tanesini seçer, yumurtayla birleştirmek üzere hazırlar ve döllenme sonrası embriyoyu polispermiye karşı korur. Üç sorunun yanıtı On yıl önce VVassarman ve arkadaşları memelilerde döllenmeyı araştırmaya başladıklarında yanıtlanması gereken sorular şunlardı: •Zona pellusılte var olduğu farz edilen sperm reseptörünün doğası nedir? •Spermin bağlanmasını takip eden akrozom tepkimesini başlatan nedir? • Döllenmeden sonra zona pellusidi spermlere karşı koydurtan biyokımyasal değişiklikler nelerdir? Sonuç olarak bu üç sorunun tümüne kısmen yanıt teşkil edenin bir tek glikoprotein olduğu (glıkoproteınşeker gruplarının bağlı olduğu bir polipeptit veya amino asit iplikçiği) ortaya çıktı. Araştırmalarda zona pellusit dolaylı olarak ortaya çıktı. Farenin gelişiminin araştırmalannda, VVassarman ve arkadaşları ositler (oocyte: olgunlaşmamış dişi gamet) büyürken, etkin ve etkısız genleri ayırt etmeye çalışıyorlardı. Zona pellusit proteinlerinin üretimini yönlendiren genler bu çalışmanın en kuvvetlı adayıydılar, ama ılgili genleri belırlemeden önce bu proteinlerin ayrıştırılması gerekiyordu. Harvard Tıp Okulu'nda VVassarman'ın laboratuvarında ihtisas yapmakta olan Jeffrey P.BIeil ve VVassarman, farenin zona pellusidınin uç farklı glıkoproteınden oluştuğunu keşfettiler. ZP1, ZP2 ve ZP3 adı verilen bu proteinlerin kimyasal yapılan tam olarak bılinmediği için moleküler ağırlıklarına göre ayırt ediliyorlar. Ağırlıkları sırasıyla 200.000. 120 000 ve 83000 dalton olan ve büyüyen ositlerce sentezlenip salgılanan proteinler, bırleşerek geçırgen bir kabuk oluştururlar Bu kabuğun kalınlığı 7 mikrondur İnsan yumur tasının kabuğu bunun 2 katı kalındır. Çalışmalar sırasında ınsanlar da dahıl olmak üzere, bütün memelilerin zona pellusıtlerinin sadece birkaç glikoprotein içerdiğı ortaya çıktı. Bu buluş araştırmanın seyrinı belırledi. Faredekı üç glikoproteinin biri sperm reseptörü olabilirdı. Bunu saptamak hıç de zor değıldı, ancak öncellıkle zona pellusidın sperm reseptörü ıçerdiğının kanıtlanması gerekiyordu. 12