Sperm membran karekteristiklerindeki değişikliklerin karyotip anomalileri ve anöploidi gelişimi ile parelellik gösterdiği bir çok çalışma ile ortaya konmuş olmakla birlikte (Calogero 2000), bunun fertilizasyon üzerine etkileri net olarak izah edilmiş değildir. Teratozoospermi olgularında kromozomal bir defektin bulunabileceği ve bu nedenle i) fertilizasyon ya da ii) gebelik gelişemiyebileceği, iii) spontan abortusların olabileceği teorik olarak anlaşılabilse bile, anormal morfolojili spermler ile başarılı ICSI gebeliklerinin elde edilmesi pratikte bu konuyu şüpheli bırakmaktadır. Oysa sperm membran defektleri ekstrensek ya da intrensek faktörlere bağlı olarak gelişebilir. Örneğin Sertoli hücresi fonksiyon bozukluklarında sitoplazma fazlalıklarının rezorpsiyonu yetersiz kalarak sitoplazmik artığın görülmesine neden olabilir. Ya da epididimal strüktürel bozukluklarda sperm morfolojisi etkilenebilir. Antisperm antikorların da teratozoospermi yapmaları mümkündür. İntrensek faktörlerin anlamı ise germ hücresi DNA’sına bağlı olarak membran karakteristiklerinin bozulmasıdır. Mitoz ya da mayozun kendine bağlı primer anomalileri yanısıra, intratestiküler herhangi bir patoloji de mayoz sırasında kromozom segregasyonunu kontrol eden mekanizmaları bozabilir. Hücre nukleusundaki bu değişikliklerin membran yapısı üzerine etkileri yeteri kadar anlaşılabilirse, sperm morfoloji analizinin ne kadar önemli olduğu daha anlam kazanmış olacaktır. Çünkü, bozuk morfolojiye bakılarak o hücrenin genetik yapısı hakkında fikir edinilebilir ve idiyopatik infertilite olgularında tedavi stratejileri buna göre düzenlenebilir. Aşağıda sperm morfolojisine örnek oluşturmak üzere, bir hücre nukleusunun morfoloji üzerine etki mekanizmaları ultrastrüktürel düzeyde izah edilmeye çalışılmıştır.
Hücre membranının esas yapısı lipid ve proteinlerden oluşur. Membran lipid molekülleri 3 major sınıftan meydana gelmiştir: fosfolipidler, kolesterol, glikolipidler. Lipidler iki tabaka halinde bulunur. Proteinler ise bunların arasına dağılmışlardır. Membranın temel yapısını lipidler oluşturmakla birlikte, çoğu özel fonksiyonlarını proteinler yürütür. Protein tipleri ve miktarları çok değişkendir. Membran kitlesinin yaklaşık %50’si proteinlerden oluşur. Ama lipid molekülleri çok daha küçük olduklarından, her bir protein molekülüne karşılık 50 lipid molekülü bulunur. Sıklıkla bir oligosakkarid zinciri içerirler. Dolayısıyla hücre yüzeylerinin dış yüzü geniş oranda karbonhidratlardan meydana gelmiş bir glikokaliks yada hücre kılıfı şeklindedirler.
Bir hücrenin, dolayısıyla spermatozoanın membran yapısı, kendi genetik materyalinin kodladığı aminoasit zincirleri ve sentezini yaptığı lipid molekülleri tarafından oluşturulur. Plazma membranının yanı sıra bundan daha geniş yüzeye sahip bir membran yapısı da internal membran yapısı olup, endoplazmik retikulum (ER), Golgi cismi, nukleus, lizozomlar, transport vezikülleri gibi membran-bağımlı organelleri çevreler. Bu organellerin hepsi de membranları ile fonksiyon görürler. Membranları vasıtasıyla önemli fonksiyonları yerine getirirler. Hücrenin total volümünün yaklaşık yarısını oluştururlar. Ama yüzey alanı olarak bakıldığında plazma membranınkinden kat kat fazla yüzeye sahiptirler, yani membrana ait fonksiyonların önemli bir kısmı işte bu membran-bağımlı organellerde gerçekleştirilir. Hücrenin membran anomalisi denildiğinde sadece plazma membranı söz konusu olmayıp, aynı zamanda önemli hücre içi fonksiyonları yerine getiren bu organellerin de membran fonksiyonları anomalik demektir. Mademki bu organeller görevlerini membranları vasıtasıyla gerçekleştirmekteler, membranlarının bozulması demek o organelin de görev yapamadığı, dolayısıyla hücrenin çalışmasının bozulduğu anlamına gelir. Spermatozoa için de bu geçerli olup, membran morfolojisi bozukluklarında hücre içi membran-bağımlı organellerin de fonksiyonları aynı nedenle bozulabilmektedir. Bu da neticede spermatozoanın fertilizasyonuna etki eder.
Plazma membranı ve internal membran yapıları, nukleusta genetik materyal tarafından kodlanarak sentezlenen protein ve lipid moleküllerince oluşturulurlar. Dolayısıyla genetik kodlamadaki bir bozukluk sonuçta membran yapısını da etkileyecek, buda o hücrenin fonksiyonunu engelleyecektir. Bu nedenle, membran fonksiyonlarının değerlendirilmesi genetik fonksiyonlar hakkında da bilgi verebilir. Bu anlamda, membran fonksiyonlarının pratik olarak değerlendirilmesi ayrı bir önem kazanmaktadır.
Plazma membranı dışında, nukleusa ait membran yapısı da aynı kategori içinde incelenmelidir. Nükleer kılıf DNA içeriğini sararak bir nukleer kompartman oluşturur. Bu kılıf iç ve dış olmak üzere 2 membrandan oluşur. Dış membranı aynı ER yapısındadır ve ER ile devamlılık gösterir. Böylece nukleer kılıfın ve ER’un lümenleri birlikte devam ederler. Hücrenin membran yapılarını oluşturan protein ve lipidlerin nasıl hücrenin kendisi tarafından sentezlendiği ya da düzenlendiği açık olarak ortaya konmuştur. Nukleer kılıfın dış membranı üzerinde bulunan ribozomlarda sentezlenen proteinler lümene geçtiklerinde aynı zamanda ER’un lümeni içine de girmiş olurlar. tRNA ve mRNA bu nükleer kompartman içerisinde sentezlenerek RNA-düzenleyici birtakım reaksiyonlara tabi tutulduktan sonra sitozol içerisine eksport olur.
ER ise üzerinde bulunan ribozomlar vasıtasıyla integral membran proteinlerinin ve soluble proteinlerin sentezinin gerçekleştiği yerdir. Bu proteinlerde ya sekrete olmak ya da diğer organellerin yapısına katılmak üzere programlanmışlardır. ER içinde aynı zamanda lipidler de oluştururlur. Yani, ER’un lümeninde lipidler, sitozolik yüzeyinde ise ribozomları içerisinde proteinler oluşturulurlar, bu proteinler sitoplazma içinden ER içerisine taşınırlar ve burada katlanarak oligomerize edilirler, disülfid bağları oluşturulur, N-bağımlı oligosakkaridler eklenir.
ER’dan çıkan protein ve lipidler Golgi cismi içine taşınırlar ve burada bazı modifikasyonlara uğrayarak (lipid ve proteinler glikozilasyona uğrar) membran gibi hedef organellere gönderilirler.
Ribozomlarda yapılan ve hücrenin membran yapısında yer alacak proteinler ise sitozol içinde direk olarak ER’un lümeni içerisine girmezler. Bunlar ER’un membran yapısı içinde, polipeptid zincirlerinin alfa-heliks bölgelerinden, ER’un lipid membranı tarafından tutulurlar. Bu membran parçaları veziküllerin duvarı olarak diğer organellerin membran yapılarına katılır. İşte, organellerin membran yapılarının polariteleri de ER’un lipid sentezi, protein alması ve glikozilasyon fonksiyonlarının bir sonucu olarak gerçekleşir.
Proteinlerin bir kompartmandan diğerine taşınmaları transport vezikülleri aracılığıyla olur. Transport veziküllerinin membran yapıları da aynı ER’da olduğu gibi iki tabakalı lipid yapısındadır. Bu veziküller ER’dan koparak içlerindeki proteinleri hedef kompartmana götürür ve bununla füze olarak içeriğini bu organelin lümenine bırakır. Proteinlerin nereye gidecekleri (vezikül içinde hedef organele mi yoksa sitozol içine mi), yapılarındaki sinyal peptid sekansları tarafından ayarlanır. Golgi’de ayarlanan proteinler tekrar veziküller içerisinde membrana taşınırlar. Bu proteinlerin membrana nasıl bağlanacakları genetik olarak kodlanmıştır. Transport vezikülleri ile plazma membranının füzyonunu sağlayan 2 protein bulunmuştur: NSF ve SNAP’s. Bunlar sitozol içinde dolaşırlar ve iki membranın lipid-tabakalarının füzyonunu sağlarlar. ARF ve Rab proteinleri de vezikül oluşumu ve füzyonu işlemlerinde görev alan önemli proteinlerdir.
İnfertilite tedavisinde mikromanipülatif yöntemlerin kullanılması ile tek bir sperm hücresinin oosit içerisine enjeksiyonu yapılarak fertilizasyon mümkün olabilmektedir. Bu işlem sırasında her iki gamete ait pronukleuslar birleşerek önce 2 blastomer daha sonrada bölünmeler artarak morula safhası, neticede embriyo gelişimi tamamlanmış olur. İşte, erkek ve dişi genetik materyalleri böylece diğer hücrelere aktarılır. Ana hücrelerdeki genetik bozukluklar da bu şekilde aktarılmış olunur. Bu embriyoların endometriumda tutunabilmeleri ise trofoblastik hücrelerinin endometrium içerisine invazyonu ve anjiogenetik, kemotaktik işlevleri sayesinde başarılır. Trofoblastik hücrelerdeki fonksiyon bozuklukları kendisini en belirgin şekilde endometriuma tutunma fonksiyonlarını yerine getirememeleri neticesi embriyonun abortusu ile gösterir. Abortusların önemli bir bölümünde etyoloji genetik bozukluklara bağlanmaktadır. Çünkü bir hücrenin genetik yapısının normal çalışmaması en açık olarak, sadece bu genetik materyalinin aktarıldığı yavru hücrelerin fonksiyonlarının da bozuk olduğunun gösterilmesi ile ortaya konulabilir. Bunuda en iyi spermatozoaların ICSI ile oosit içerisine bırakılmasıyla gösterebiliriz, çünkü burada membran yapıları by-pass edildiği için, sadece genetik materyalin işlevleri sorumlu mekanizma olarak ortada kalmaktadır. Sperm morfoloji bozukluklarında membranı oluşturan molekülleri kodlayan genetik komponente ait bozukluklar, bu genetik materyal oosit içine aktarıldıktan sonra gelişen embriyonun immatüritesi ile sonuçlanabileceğinden, bir hücrenin sadece morfolojisinin değerlendirilmesi ile membran bağımlı fonksiyonları idare eden sitogenetik yapı hakkında da fikir edinilebileceği açık olarak anlaşılabilir.
Spermatogenez kompleks bir olay olup, genetik ya da diğer nedenlere bağlı olarak değişik seviyelerde meydana gelen bozulmalar teratozoospermiye neden olabilir. Teratozoosperminin etyolojisi ve önemi hakkında daha önce yapılmış olan çalışmalar tatmin edici sonuçlar vermemişlerdir. Eksperimental çalışmalarda, esas spermatogenik gen olarak Smy Y kromozomunun uzun kolunda lokalize edilmiş olup, bunun sperm başının morfolojisi ile ilişkili olduğu gösterilmiştir (Burgoyne 1992). Benzer şekilde, DNA mismatch repair gene homologue PMS2 içinde mutasyon oluşturulduğunda, bu erkeklerin infertil oldukları ve sadece bozuk morfolojide spermler ürettikleri ortaya konmuştur (Baker 1995). Bunlarda mayoz sırasında kromozom sinapslarında bozulma olduğu bulunmuştur. Bir membran yapısı olan akrozini incelemek içinse embriyonik stem hücrelerde akrozin lokusu Acr’de mutasyon yapılmış ve bunların fertilizasyon potansiyellerinin düştüğü ortaya konmuştur (Adham 1997).
Bazı teratozoospermi olgularında genetik patolojilerin bulunduğu bilinmektedir. Spermatozoa özelleşmiş bir hücredir. Hücre iskeletini oluşturan proteinlerin (protein 4.1, aktin, spektrin, vimentin) farklı hücre yüzey spesiyalizasyonları ile yakın ilişkileri bulunmaktadır. Hücre iskeleti bu şekilde yüzey domainlerini idare edebilir ve dolayısıyla sperm fonksiyonlarını etkileyebilir (Virtanene 1984). Morfolojisi bozuk spermatozoalarda aktin ve tubulin dağılımının da bozulduğu dikkat çekmiştir (Baccetti 1988). Ayrıca, sperm baş morfoloji bozukluğu bulunan infertil erkeklerde protein 4.1’in subsellüler lokalizasyonu da değişmiş ve farklı izoformlarının geliştiği gösterilmiştir (Rousseaux-Prevost 1994). Bu proteinler sperm morfolojisi ile ilişkilidirler. Protein 4.1 esasen mayoz iplikciklerinde ve sentrozomlar üzerinde bulunmaktadır, yani sentrozomlar vasıtasıyla hücre iskeletinin organizasyonunda ve hücre bölünmesinde önem kazanmaktadırlar (Krauss 1997). Ayrıca, aksonemde flagellaları kontrol eden genlerdeki mozaizmlerin de genetik etyolojili kuyruk anomalilerine yol açabileceği bildirilmiştir. Globozoospermi olgularında ise progenik orijinli ailevi geçiş olabileceği savunulmuştur (Florke-Gerloff 1984). Baş anomalili olgularda ayrıca anormal nukleolus proteinlerinin varlığı da ileri sürülmüştür (Chevaillier 1987).
Değişmiş DNA içeriğinin erken embriyogenez üzerine baskılayıcı etkisi bulunduğunu ortaya koyan çarpıcı bir çalışmada, total teratozoospermi olgularında ICSI sonrası spontan abortus sayısının önemli ölçüde arttığı gösterilmiştir (Taşdemir 1996). Benzer çalışmalarda da anormal sperm hücrelerinin fonksiyonel olarak normal embriyolar yapmadıkları bildirilmiştir (Cohen 1991). Ciddi teratozoospermisi bulunan infertillerde, üzerlerinde oosit ile bağlanmayı sağlayan adezyon molekülleri bulunan spermatozoa yüzdesinde anlamlı azalma saptanmıştır. Yani, baş anomalisi bulunan spermlerin yüzey adezyon molekülleri de defektiftir.
Sonuç olarak, morfolojisi bozuk spermlerin ICSI ile membran yapıları by-pass edildiğinde normal fertilizasyon yapabilseler bile genetik aberasyonlara bağlı metabolik hata neticesi fonksiyonel normal bir embriyo oluşturamıyacakları anlaşılmaktadır. Zaten, sperm morfolojisinin kesin kriterler ile değerlendirilmesinin fertilizasyon şansını tahmin etmede son derece önemli olduğu ve fertilizasyon ile anlamlı bir pozitif korelasyon gösterdiği çok sayıda çalışmada vurgulanmıştır (Kruger 1986, Liu 1990). Sperm morfoloji bozukluğu ne derece şiddetli ise fertilizasyon oranları da o derece azalmaktadır. Amorf spermler kullanılarak yapılan mikromanipülasyon tekniklerini takiben abortus oranlarında artış olması, anormal morfolojili erkek germ hücrelerinde genetik değişikliklerin de mevcut olabileceğini vurgulamaktadır.
Prof.Dr. Kaan AYDOS
