Gametogenez ve Fertilizasyon (Prof. Dr. Sena Aydos) PDF

GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS GAMETOGENEZ Erkek ve dişi germ hücrelerinden gametlerin oluşumuna gametogenez denir. Gametler mayoz bölünme sonucu oluşurlar. Dişide gamet oluşumu oogenez , erkekte ise spermatogenez ile olur....

GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS GAMETOGENEZ Erkek ve dişi germ hücrelerinden gametlerin oluşumuna gametogenez denir. Gametler mayoz bölünme sonucu oluşurlar. Dişide gamet oluşumu oogenez , erkekte ise spermatogenez ile olur. MAYOZ BÖLÜNME: Diploit (2n) hücreden haploit(n) hücre oluşumudur. Kromozom sayısının korunmasını sağlar. Genetik çeşitlilik sağlar. Mayozda genetik çeşitliliğin oluşmasını sağlayan olaylar: -Kromozomların bağımsız tertiplenmesi (independent assortment) -Profaz1 evresinde crossing over gerçekleşmesi -Gametlerin randomize (rastlantısal) fertilizasyonu İNTRAUTERİN (ANNE KARNI) DÖNEM -Primordiyal germ hücreler (2n) primitif barsak duvarından kaynaklanırlar ve intrauterin evrenin 3. haftasında göç ederler(migrasyon). -Aynı zamanda göç ederken mitoz ile sayılarını arttırırlar. 4. haftada gonatların oluşacağı genital kabartıya ulaşırlar.6. Haftada primitif seks kodları ile çevrelenirler. GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS -Intra uterin hayatın 6-7. haftasına kadar embriyolarda 2 cinsiyete ait, 2 set halinde Muller (dişi) ve Wolff (erkek) internal kanalları bulunur. - 6-7. gebelik haftasında tüm embriyolar dişi görünümde olup genital tüberkül, genital katlantı ve urogenital açıklığa sahiptirler. -Şekildeki görülen Y kromozomunun sentromerin üstünde kalan kısmına P kolu, aşağısında kalan kısmana da Q kolu denir. Q kolunu üzerinde SRY (Sex determinig Region on Y) bulunur. -Bu gen testis kararlaştırıcı faktör denilen TDF(Testis Determing Factor) proteini sentezlemektedir. Eğer SRY geni normal ise (mutasyon vb. yoksa) TDF proteini gonatın testis yönünde gelişmesini sağlar. -Testisin içerisinde iki tür önemli soma (somatik/vücut)(2n) hücresi vardır. -Bu hücreler sertoli ve leydig hücreleridir. -Sertoli Hücreleri: Spermatogenezin gerçekleştiği seminifer tübüllerin(tüpçük) içerisinde yer alırlar. Sertoli hücreleri müller kanallarını inhibe eden MIF (Mullerian inhibiting factor) salgılar. Müller kanallarını inhibe edilmesiyle dişi yönünde gelişim engellenmiş olunur. GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS -Müller kanallarından kadına ait uterus , fallopi tüpleri, vajinin 1/3lük kısmı oluşur. -Leydig Hücreleri: Testosteron salgılarlar. Testosteron ise erkeğe ait yapılar olan epididim , vaz deferans ve seminifal veziküllerin oluşumunu sağlar. Testosteron dihidratestosterona(DHT) dönüşüp erkeğe ait dış genitalleri ve prostatı oluşturmaktadır. - Sentromerin alt kısmındaki Q kolunda ise AZF bölgeleri bulunmaktadır. AZFa, AZFb, AZFc bölgelerinde spermatogenezi sağlayan genler bulunmaktadır. OOGENEZ OOGENİAL GELİŞİM -Oogonia oositin öncüsü olan kök hücrelerdir. Oogonia tek bir hücre için kullanılırken oogonium çoğuliçin kullanılır.Bu hücreler mitoz, mayoz ve ooginal atreziden(hücrenin dejenere olması,yok olması) etkilenir. -İntrauterin dönemde 6-7. haftalarda oogonia sayısı mitozla artarak 10.000’den 8. Haftada 600 000’e ulaşır. Oogonia sayısı gebeliğin 20. haftasında 6-7 milyona (max sayı) ulaşır. -Mitoz intrauterin 7. ayda sonlanır. Bu dönemden sonra mitoz gerçekleşmediğinden hücre sayısı artmadığından dolayı mevcut oogonialar kullanılır. - İntrauterin 5.ayda başlayan oogonial atrezideki artma ve 6. gebelik ayında folliküler atrezinin başlaması sonucu doğumda( yeni doğanda) yalnızca ovaryumlarda 1-2 milyon üreme hücresi kalmaktadır. - Puberte döneminde(ergenlik) overlerde 300 000 civarı üreme hücresi kalır ve yalnızca 400-500 tanesi follikül reprodüktif yaşam(üreme çağı, puberteden menapoza kadar) döngüsü içinde ovulasyon şansı bulur. - Oosit haline gelecek oogoniumların sitoplazmasında bol besin maddesi, erken embriyo döneminde besin kaynağı olarak kullanılmak üzere biriktirilir ve hücreler hacimce büyürler. (Besin plasentaya bağlanana kadar ihtiyacı karşılamak adına biriktirilir.) - Gamet hücreleri dişide ovulasyondan hemen önceki döneme kadar 1. mayotik bölünmenin profazın diploten aşamasında kalmaktadırlar. GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS - Folikül hücreleri yumurta hücrelerinin soma (vücut) hücreleri ile çevrelenmesi ile oluşmaktadır. - İntrauterin dönemde mayoz başlar ve yenidoğanda yumurta hücreleri profaz1 diploten aşamasında bulunur. Puberteye kadar da bu aşamada beklerler. -Pubertede hormonların etkisiyle ovulasyon gerçekleşir. - Ovulasyonla, 1. mayoz tamamlanır, sekonder oosit (n) ve 1. kutup hücresi oluşur. - Sekonder oosit (metafaz 2 aşamasında) ovaryumdan atılıp tuba uterinaya (fallopi tüpünün bir diğer ismi) ilerlerken fertilize olursa spermin oosit içine girmesiyle 2. mayoz tamamlanır, sekonder kutup hücresi ve ovum (n) oluşur. -Mayoz ancak fertilizasyon gerçekleşirse tamamlanır. Yoksa metafaz 2 aşamasında atılan oosit kaybolacaktır. Folikül hücreleri oosit hücrelerinin soma(vücut) hücreleri ile çevrelenmesi ile oluşmaktadır -İnsanlarda mayoz 1 ve 2 asimetrik bölünmeyle gerçekleşir.Fertilizasyon gerçekleşirse sonuç olarak 3 kutup cisimciği ve bir ovum (döllenmiş oosit) oluşur.Asimetrik bölünmenin sebebi erken dönemde embriyoya bol besin oluşturmaktır. GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS OOSİT MAYOZU SÜRECİNDE MPF AKTİVİTESİ -Diplotende bekleyen oositin hormonal uyarımı MPF’yi aktifleyerek metafaz 1’e ilerlemeyi sağlar. MPF aktivitesi, metafaz 1’den anafaz 1’e geçerken kısmen azalır ve oosit M evresinde kalır. Mayoz 1’in tamamlanmasını takiben MPF aktivitesi tekrar yükselir ve metafaz 2 duraklaması süresince yüksek kalır. SİTOSTATİK FAKTÖRÜN TANIMLANMASI -Metafaz 2’deki bir oositin sitoplazması 2 hücreli embriyonun 1 hücresine mikroenjeksiyonla aktarıldı. -Enjekte edilen hücre metafazda durdurulurken enjekte edilmeyen hücre bölünmeye devam etti. - Metafaz 2’deki oositin sitoplazmasında bulunan bir faktör (sitostatik faktör) enjekte edildiği metafaz aşamsındaki duraklamayı uyarıyordu. GAMETOGENEZ VE FERTİLİZASYON Doç. Dr. Sena AYDOS MPF aktivitesinin Mos protein kinaz tarafından korunması -Mos protein kinaz hem siklin B’nin sentezini uyararak hem de siklin B’nin anafaza ilerleten kompleks (APC) tarafından yıkılmasını engelleyerek MPF aktivitesini korur. -Mos etkisini MEK,ERK, ve Rsk protein kinazlar aracılığı ile gösterir. DÖLLENME VE MAYOZUN TAMAMLANMASI -Döllenme metafaz 2’den anafaz 2’ye geçişi indükleyerek oosit mayozunun tamamlanmasına ve 2. kutup cisminin oluşumuna yol açar. -Sperm çekirdeği yoğunluğunu kaybeder ve döllenmiş oosit (zigot) iki haploid nukleusa (dişi ve erkek pronukleus) sahip olur. -2 pronukleus yaklaşırken DNA’larını replike eder. Dişi erkek kromozomları ortak bir iğ üzerine dizilirler ve mitoz başlar. -Mitozun ve sitokinezin tamamlanmasıyla her bir hücrenin diploid genoma sahip olduğu 2 hücreli embriyo oluşur.  Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr Sena AYDOS SPERMATOGENEZ Erkekte intrauterin dönemde spermatogoniumlar mitoz bölünmeyle çoğalırlar. Spermatogonium sperm öncüsü kök hücredir, çoğuluna spermatogonia denir. Eşey öncü hücreleri puberteye kadar mayoz bölünmeye girmezler. Bu erkeğin dişiden farkıdır. Dişide mayoz intrauterin dönemde başlar. 8 haftalık bir embriyoda her bir seminifer tubülde ortalama 1.1 gonosit bulunurken, bu sayı gittikçe artar ve 22. haftada 3.5'e erişir. 7-9 yaşından sonra ise gonositlerin mitotik aktiviteleri spermatogonium sayısı artar. Erkekte spermatogenez seminifer tübüllerde gerçekleşir. Seminifer tübüller testisin içerisinde Spermatozoa metrelerce uzanan kanallardan oluşur. Sz Bazal membranın üstünde yapışık olarak spermatogonia bulunur. Sırasıyla primer Matür Spermatid spermatosit, sekonder spermatosit, spermatid, Sd matür spermatid ve lümene dökülerken de spermatozoa bulunur. Sperm hücreleri bazal Spermatid membrandan lümene doğru hep bu şekilde yerleşim gösterir. Sk. sp İki tip spermatogonium olduğu tespit edilmiştir. Sekonder Spermatosit Bir tanesi soluk (pale) boyanan spermatogonium (SgAp) diğeri ise koyu (dark) boyanan Pr. sp spermatogoniumdur (SgAd). Primer Spermatosit SgAp yani soluk boyanan spermatogonium kendi SgB kök hücresine kaynaklık yapar. SgAd yani koyu boyanan spermatogonium olgun spermatozoayı oluşturmak üzere farklılaşır. Spermatogonia SgAd Bazal Membran SgAp SgAd SgB’yi oluşturur. SgB primer spermatositleri oluşturur. Primer spermatosit mayoz 1 geçirerek sekonder spermatositleri oluşturur. Sekonder spermatosit mayoz 2 geçirerek yuvarlak (round) spermatidleri oluşturur. Spermatid ileri bir diferansasyon geçirerek olgun spermatozoayı oluşturur. Olgun spermatozoa seminifer kanal lümenine verilir. Primer spermatosit 2n kromozomlu iken sekonder spermatosit n kromozomludur.  Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr Sena AYDOS Seminifer tubül Stemm cell Germinal epitel Sertoli hücresi Seminifer tübüllerde yukarıdaki şekilde bulunmaktadırlar ve lümene dökülmektedirler. Ejükülasyon sırasında ejükülat kanallarıyla vücut dışına atılmaktadırlar. Sertoli hücreleri seminifer tübüllerde germ hücreleri ile birebir ilişkide bulunur. Sarı ile görünenler sertoli hücreleridir. Sertoli hücreleri germ hücrelerini spermatogonia aşamasından lümene kadar çevreler. Sperm hücrelerinin lümene dökülene kadar kan hücreleri ile karşılaşmasını engeller. Kan-testis bariyeri oluşturur. Çünkü eğer karşılaşırsa vücut antikor oluşturur. Bu yüzden erkek çocuklarda kabakulak tehlikelidir. Aynı zamanda besin maddelerinden enerji sağlanmasında da sperm hücrelerine kaynaklık eder. Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr Sena AYDOS Spermatositogenez Spermiyogenez Spermatogenez aşamasından sonra ileri farklılaşma aşaması denen spermiyogenez aşamasına girmektedir. SPERMİYOGENEZİS Golgi spermin ön tarafında membran ile sperm başı arasında yer alır ve akrozomu meydana getirir. Sitoplazma fazlalığı sitoplazmik atık olarak atılır. Kuyruk oluşumu (axonem) gerçekleşir. Histonların büyük bir çoğunluğu (%85) protaminlerle yer değiştirir. Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr Sena AYDOS Soma hücrelerinde ve oositte histonlar paketlenmede önemli görev görüyorlar. Sadece sperm hücrelerinde spermiyogenez aşamasında histolnların büyük bir çoğunluğu (%85’i) protamin denilen proteinlerle yer değiştirir. Bu çok daha sıkı bir yapı oluşmasını sağlar. Protaminlerin sahip olduğu pozitif yüklü arjinin rezidülleri DNA’nın negatif fosfodiester iskeletini nötralize eder. Bu nötralizasyon protaminlerle beraber DNA’ya toroid (halkasal) yapısını kazandırmasında rol oynar. Bu yapı yarı-kristal durumdadır ve nükleaz aktivitesine karşı dirençlidir. Memeli protaminleri ayrıca içerdiği sistein aminoasitleriyle moleküller arası disülfid çapraz bağları oluşturarak sperm kromatinin kararlılığını yükseltir. Bu yapı o kadar kararlı hale gelir ki hücre-dışı koşullarda redükleyici ajanlar olmayınca dekondanse olamaz. Not: Fertilizasyon sonrası protaminler histonlarla yer değiştirip normal paketlemesine döner.  Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr Sena AYDOS Protaminlerin bilinen fonksiyonları: Paternal genomu daha kompakt bir şekilde kondense etmek ve hidrodinamik bir nükleus sağlamak. Spermatazoa tarafından taşınılan paternal genetik materyalin iç ve dış ortamdaki nükleazların ve mutagenlerin etkisinden korumak. Bunlara ek olarak protaminlerin spermiogenez sırasındaki bir kontrol noktasının parçası olabileceği ve fertilize olmuş ovumda da rolü olabileceği düşünülmektedir. Seminifer epitel siklusun evrelerine bakıldığında spermatogonyumdan pr. spermatosite oluşumu için yaklaşık olarak 16 gün, pr. spermatositden sek. spermatosite 16 gün, sek.spermatositten spermatide 16 gün, spermatidden spermatozoaya 16 gün süre geçtiği gözlemlenmiştir. Olgun spermatozoa oluştuktan sonra ejükülator kanallarından atımı için ise 10 gün geçtiği saptanmıştır. Spermatogonyumdan olgun sperm hücrelerinin vücut dışına atımı için gereken sürenin yaklaşık 74 gün olduğu saptanmıştır. Bunun önemi ise eğer bu süre zarfında herhangi bir mutojene maruz kalınmışsa korunma önerilmektedir. Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr Sena AYDOS Akrozom Baş Akrozom içerisinde bulunan enzimler, dişi Nukleus yumurta hücresi oositin etrafını çevreleyen zarların eritilmesini sağlar. Orta Mitokondri parça Nukleus haploid sayıda (23n) kromozom içerir. Oositte bulunan 23 kromozom ile birleşerek diploid sayıda embriyo hücrelerini oluşturur. Mitokondri spermin enerji kaynağıdır. Kuyruk kısmı aksonem denilen, diğer Kuyruk siliyalar gibi 9+2 mikrotubül yapısında bir organeldir. Spermin hareketini sağlar. SPERMATOZOON Spermatogenez ile oogenez karşılaştırıldığında; Spermatogenez sürecinde mayoz bölünme puberteyle başlar. Oysaki oogenezde mayoz bölünme intrauterin dönemde başlamaktadır ve 1. Mayozun profaz evresinde puberteye kadar diploten aşamasında beklemektedir Primer spermatositlerden sitoplazmaları eşit 4 spermatid oluşur. Primer oositten ise ovulasyonda 1. kutup cismi ve sekonder oosit oluşmaktadır. Sekonder oosit metafaz 2 aşamasında atıldıktan sonra fallop tüpünde iken fertilize gerçekleşirse bir döllenmiş ovum ve 2. kutup cisimciği oluşur.  Gametogenez ve Fertilizasyon Doç. Dr. Sena Aydos FERTİLİZASYON(DÖLLENME) Fertilizasyonun asıl işlevi, iki bireyden gelen haploid kromozom takımlarını tek bir diploid hücrede, yani zigotta, birleştirmektir. Memelilerin dişi üreme yolundaki salgılar, sperm hücrelerinin yüzeyindeki belirli molekülleri değiştirerek spermin hareketliliğini arttırır. Dişi üreme yolunda spermin fonksiyonunun bu şekilde arttırılmasına kapasitasyon denir. İnsanda kapasitasyon yaklaşık altı saatte gerçekleşir. KAPASİTASYON Kapasitasyon sırasında *Sperm hiperaktivitesine *Akrozom reaksiyonunun gelişmesine *Oosit ile füzyonun(birleşme) gerçekleşmesine ortam sağlanılır. Bu olayların hepsi protein kinazlar tarafından belirli proteinlerin fosforilizasyonu sayesinde meydana gelir. Kapasitasyonun olabilmesi için ortamda (kadın iç genital yolunda ilerlerken spermin bulunduğu ortam)serum albumini, kalsiyum, bikarbonat, glikoz ve enerji kaynakları bulunmalıdır. Kapasitasyonda sperm plazma membranının lipid ve glikoprotein yapısı değişir, sperm metobolizması ve motilitesi (hareketlilik)artar. Ortamdaki albumin ve spermin üzerinde bulunan kolesterol birleştiği zaman mannoz reseptörleri açıkta kalır. Daha sonra mannoz reseptörleri zona pellusida üzerinde bulunan zp3 ve progesteron ile bağlanarak ligand-reseptör ilişkisinin kurulmasını sağlar. Ligand-reseptör ilişkisi kurulunca iyon kanalları, G protein reseptörleri ve tirozin kinazlar aracılığıyla hücre dışıdan sperm içine Ca iyonu geçişi olmaktadır aynı zamanda ER'den de spermin sitoplazmasına Ca iyon geçişi olur ve bu şekilde sperm içerisinde intrasitoplazmik Ca iyon Akrozom reaksiyonu ,akrozom içeriğinin konsantrasyonu artmış olur. Sperm içerisindeki Ca iyonu ekzositoz yoluyla dışarı çıkması anlamına konsantrasyonunun artması proteinlerin fosforilasyonunun gelir. gerçekleşmesine neden olur. Bunun sonucunda akrozom reaksiyonu ve spermin hiperaktivasyonu gerçekleşir. Gametogenez ve Fertilizasyon. Doç. Dr. Sena Aydos Sperm membranında bulunan G-proteinleri aktive olarak bir dizi reaksiyon gerçekleşir. Sonucta hücre içi kalsiyumu artar. Fertilizasyon ovulasyondan 12-14 saat sonra tuba uterinanın (fallopi tüpü) 1/3 dış kısmı olan ampullada gerçekleşir. Sperm hücreleri ampullaya gelir ve metafaz 2 aşamasında bekleyen sekonder oosit ile döllenir. Fertilizasyon gerçekleştiren sonra oluşan zigot mitozla çoğalır ve uterusa göç eder. Fertilizasyonun aşamaları: Korona radiyatanın penetrasyonu Zona pellusidaya tutunma Akrozom reaksiyonu ve zonanın penetrasyonu Plazma membranına bağlanma ve füzyon Polisperminin önlenmesi Oositin aktivasyonu Sperm nukleusunun dekondensasyon Oositin mayozunu tamamlaması Erkek ve dişi pronukleusu oluşumu ve füzyonu  Gametogenez ve Fertilizasyon. Doç. Dr. Sena Aydos Görselde sekonder oositi çevreleyen folikül hücrelerinin oluşturduğu güneşe benzeyen yapının adı korona radiyatadır. Sperm ilk önce bu tabakadan salgıladığı hyalorunidaz enzimi aracılığıyla geçer. Daha sonra sperm mavi olarak gösterilmiş zona pellusida adı verilen tabakaya tutunur. Sperm başının reseptöre bağlanmasıyla ZP3 reseptör-ligant ilişkisi kurularak sperm sitozolündeki Ca iyonu konsantrasyonu arttırılır. Bu artış akrozom reaksiyonunu tetikler ve böylelikle zonanın penetrasyonu (delinme) gerçekleşir. Zona pellusida üç boyutlu bir ağ içerisinde birbirine enine bağlanmış filamentleri meydana getiren üç farklı glikoproteinden oluşmuştur (ZP1, ZP2, ZP3). Zona Pellusida glikoproteinlerinden ZP3 aynı zamanda spermin baş kısmının yüzeyinde bulunan tamamlayıcı moleküle bağlanarak sperm reseptörü gibi işlem görür. ZP3'ün türe özgü fertilizasyonda rolü vardır. Akrozomdan salınan protein sindirici enzimler ve hidrolazlar sperm hücresinin zona pellusida içine girmesine ve oositin plazma membranına ulaşmasını sağlar. Sperm zarında bulunan ve oosit zarına bağlanan kaynaşan proteinler açığa çıkar. Böylelikle oositin membranı ve spermin membranı birleşir. Oosit aktive olur.  Gametogenez ve Fertilizasyon. Doç. Dr. Sena Aydos Sperm hücresinin oosit zarına bağlanması, oosit Zarının depolarizasyonunu tetikler. Oosit içinde sitozolik Ca²+ konsantrasyonu artar. Sitozolik Ca ²+konsantrasyonunun artması kortikal reaksiyonu indükler. Oositin korteksinde bulunan granüller içeriklerini ekzositoz yoluyla hücrenin dışına salgılarlar. Kortikal granüllerden salınan enzimler zona pellusidanın değişmesini, sertleşmesini, polispermiye karşı engelleyici görev görmesini sağlarlar. Oositteki mikrovilluslar spermi oosit içine alırlar. Zonada ZP2’nin proteolitik klivajı yani kesimlenmesi gerçekleştirilir. ZP3’ün karbonhidrat grubu uzaklaştırılarak yapısı değiştirilip, başka spermlerin zonayı geçmesi engellenir. Sperm insan yumurta hücresinde bulunmayan sentriolü ovuma taşır. Etrafında sentrozom meydana gelir. Sentrozom replikasyonu meydana gelir. Zigotta ilk mitotik iğ ipliklerinin oluşumu paternal kaynaklı olarak gelişmektedir.  Gametogenez ve Fertilizasyon. Doç. Dr. Sena Aydos Spermin oosit içine girmesiyle, sekonder oosit 2. mayoz bölünmeyi tamamlar (2. polar cisim oluşur) Erkek pronukleusu oluşur, genişler. Dişi pronukleusu oluşur. Pronukleus membranlarının gözenek yapıları genişler ve bunlar hem paternal hem eternal DNA replikasyonu gerçekleşir. Ardından pronukleuslar birleşmektedir. Kromozomlar kondanse hale gelir. Metafaz plağında erkek ve dişiden gelen kromozomlar sıralanır. 46 kromozomlu (2n) zigot oluşturmak üzere ilk mitoz bölünme gerçekleşir. Fertilizasyon ampullada başlar ve zigot oluştuktan sonra mitozla sayısını arttırır ardından uterusa göç eder ve implantasyon gerçekleşir. Fatma Feyza Polat Bilge Şekeroğlu İrem Arslanbaş