Hayatın devamlılığının sağlanması için canlılar, eşeyli veya eşeysiz çoğalma sistemleriyle donatılmıştır. Eşeyli üreme, iki farklı cinsiyeti (erkek ve dişi) gerektirir. Bu canlıların üreme organlarında hususi özelliklere sahip germ hücreleri (sperm ve yumurta) üretilir. Üretilen gametlerin şekli, büyüklüğü ve döllenme biçimleri farklılık gösterir. Sürüngenler, kuşlar ve tavuklarda genelde oval şekilli, kabuğu sert yumurtalar üretilir. Kurbağa ve balık gibi su canlılarında, jelimsi bir kitle içinde küçük ve kabuksuz yumurta suya bırakılır. Memelilerin çoğunda ise, yumurta ve spermin birbiriyle buluşması (döllenme) vücut içinde gerçekleşir ve yavru gelişimini anne karnında tamamlar.
Birbirine zıt özellikler taşıyan yumurta ve sperme farklı vazifeler yüklenmiştir. Araştırmacıların son yıllarda üzerinde durduğu husus, yumurtaya erişmek için yarışan milyonlarca spermden sadece birinin hangi mekanizmaları kullanarak içeriye girip yumurtayı döllediğidir. Döllenme tek başına gerçekleşen bir hâdise değildir. Sperm ve yumurtanın sistem mantığı içinde birlikte etkileşimine bağlı olarak cereyan eder. Döllenme sırasında sperm ve yumurta üzerindeki moleküllerin bu seçici buluşmada nasıl bir orkestra şefi görevi gördüğü, anahtar-kilit gibi çalışan moleküllerin birbirlerine karşı nasıl seçici davrandığı yoğun olarak araştırılmaktadır.
Yumurtanın dış zarındaki proteinlerin rolü
Memeli sperm hücreleri, uzun kuyruğu olan şişman ok görünümündedir. Yumurta hücreleri ise tekdüze değil, farklı şekil ve büyüklüktedir. Memelilerde milyonlarca sperm, yumurtaya ulaşan ilk sperm olmak için dişinin üreme kanalı boyunca birbirleriyle yarışır. İnsan yumurtası jelimsi bir kılıfın içinde saklanır. Bunun altında yumurtayı dıştan çepeçevre kuşatan zona pellucida isimli sağlam ve koruyucu bir dış zar (örtü) bulunur. Bu koruyucu zarın üzerinde ise anahtar ve kilit mantığıyla fonksiyon gören glikoproteinler (ZP1, ZP2, ZP3, ZP4) bulunur. Yaratılış kanunları gereği, yarışa katılan milyonlarca spermden sadece birkaçı bu zara ulaşabilir. Yumurtayla buluşamamada sperm sayısının azlığı kadar, spermin bu zarı delememesinin de payı vardır. Bu zar üzerindeki proteinlere ve lipidlere tutunan tetrasakkarid karbohidratların (şekerlerin) özel bir çeşidi olan Sialyl-LewisX yer alır. Sözkonusu karbohidrata yumurtayı yapışkanımsı kılma ve spermin yumurta üzerindeki reseptörlere kolayca tutunmasına yardım etme görevi verilmiştir. Bu şeker molekülünün, döllenme işleminde kritik rol aldığı 2011 yılında ispatlanmıştır.
Sperm ile yumurtanın buluşması sırasında, sperm aşırı hareketlenir ve dış yüzeyindeki proteinler yeniden düzenlenir, böylece yumurtanın dış zarındaki (zona pellucida) proteinler tarafından tanınır. Adeta limana giriş kapısı gibi çalışan ZP3 glikoproteini, memeli sperminin yumurtanın içine girmesinde yardımcı rol oynar. Bu proteine bağlanamayan bir spermin zardan içeri geçebilme şansı yoktur. Bu proteine bağlandığında spermin içinde meydana gelen kimyevî değişiklik akrosomal enzim muhteviyatının salınımını tetikler. Enzimlerin serbest kalmasıyla zona pellucida zarı parçalanır ve spermin içeri girmesi sağlanır. 424 aminoasitten yapılı ZP3 molekülünün belirgin olarak ayırt edilebilen ZP3-N ve ZP3-C isimli iki ana bölümü vardır. ZP3 proteininin ZP3-N kısmı; balık, kurbağa, kuş ve memelilere kadar bütün hayvanların yumurtalarının dış zarında hiçbir değişiklik geçirmeden aynen korunmuştur. Bu durum bu proteinin kritik bir fonksiyon gördüğünü düşündürmektedir. Spermin ZP3’e bağlandığı kısma tutunabilen küçük moleküller bulunabilirse, yeni doğum kontrol hapları geliştirilebilir.
Yumurtanın döllenmesi için gerekli ikinci reseptör, ZP2 isimli glikoproteindir. ZP2’nin belli bir kısmı, spermi tanımak ve döllenmeyi mümkün kılmakla vazifelidir. Fare yumurtaları üzerinde yapılan deneylerde, döllenmenin hemen arkasından, yumurta hücresinin ovastacin isimli bir enzim salgıladığı, bu enzimin, yumurtanın dış zarı üzerinde kilit gibi çalışan bağlanma proteinini (ZP2) parçaladığı, böylece yumurtanın yeni bir sperm kabul etme fonksiyonunu kaybettiği gösterildi. Bu enzim olmasaydı, spermler bölünme sonrasında da yumurtaya tutunmaya devam edeceğinden, yumurta birden fazla sperm tarafından döllenecek ve neticede embriyo ölecekti.
Yumurta doğru spermi nasıl seçiyor?
Üremeyle alâkalı proteinleri kodlayan 1880 gen ve protein incelendiğinde bu genlerde mutasyona açık bölgeler olduğu gözlenmiştir. Özellikle spermle yumurtanın etkileşiminde doğrudan görev alan ZP2, ZP3 proteinleriyle akrozom reaksiyonu için gereken sperm proteinlerinde mutasyonlar daha sık olmaktadır. Üreme sisteminde rol alan proteinlerin neden çok hızlı değişime uğradığını açıklamak için çeşitli hipotezler geliştirilmektedir. Meselâ cinsiyete bağlı seçilimden, erkeklerin kendilerini dişilere daha cazip gösterecek karakterler geliştirmesine ve hastalık yapıcı faktörlerden uzak durmasına kadar çeşitli hipotezler ortaya atılmıştır. Çünkü üreme davranışı kolektif yardımlaşmadan ziyade, tek tek her spermin ferdî motivasyonunu gerektiren ve sonunda sadece bir spermin bir yumurtayla buluşabildiği bir yarıştır. Moleküler seviyede spermler bu süreci hızlandırmaya ve bir an evvel tamamlamaya, yumurta ise yavaşlatmaya çalışmaktadır. Dolayısıyla döllenme esnasında yumurta ve spermin ihtiyaçları da farklılaşmaktadır. Spermler yumurtaya erişebilenler kategorisinde olmak ve seçilebilmek için mücadele ederler. Yumurtaya ise, yarışa katılma değil, seçici davranma rolü verilmiştir. Yumurtanın kapıya kadar ulaşabilmiş spermler içinden uygun olanı seçmek için zamana ihtiyacı vardır. Bu seçimden sonra da, içeriye sadece onun girmesini sağlayıp diğerlerinin girişini bloke etmesi gerekmektedir. İşte bunun başarılı şekilde tamamlanmasının bir yolu, yumurtanın zarı üzerinde bulunan spermi tanıyıcı reseptör proteinlerinin yapısında meydana gelen küçük ama seçici rol oynayan yüzey değişikliklerine yol açan mutasyonlardır. Kırmızı denizkestanesi (Strongylocentrotus franciscanus) yumurtalarında yapılan bir çalışmada, bu konuda ilginç neticeler elde edilmiştir.
Denizkestaneleri, yumurtalarını döllenmeleri için açık denizlere bırakırlar. Bunun hikmeti, farklı yumurtaların, farklı babalar tarafından döllenmesini sigortalamaktır. Açık denizlere bırakılan yumurtalar, spermler için muazzam bir seçici faktör ve baskı oluşturur. Her bir spermin, yumurta zarına tutunmak ve delip içeriye girmek için, dış yüzeyinde anahtar gibi çalışan yumurta-tanıyıcı proteinlerinde (bindin) varyasyonlar meydana geldiği gözlenmiştir. Denizkestanesi yumurtaları da, aynı anda iki spermin kendilerine ulaşıp zarı delerek içeri girmesine mâni olacak moleküler engelleme mekanizmalarıyla donatılmışlardır. Spermlerde de yumurta-tanıyıcı proteini kodlayan genlerde mutasyon olur ve buna uygun yeni bir anahtar oluşturulur. Gerek spermin gerekse yumurta zarının üzerindeki proteinleri kodlayan genlerde meydana gelen mutasyonlar, tam örtüşmeyen, hafif farklı eşleşmelere yol açar. Bu durum ise, içeri alınma sürecinde gecikmeye sebebiyet verir. Bu hikmetli gecikme, yumurtanın ikinci, üçüncü spermin içeri girmesini engelleyecek şekilde moleküler kapıları kapatma zamanı bulması içindir.
Denizkestanesi popülasyonlarında yapılan çalışmalar, tabiatta bunun yaşandığını göstermektedir. Popülasyondaki fert sayısının çok kalabalık olduğu sularda yaşayan erkek denizkestanesi spermlerinin yüzeyinde yer alacak yumurta-tanıyıcı proteinleri kodlayan genlerde mutasyon oluşumu artırılır ve yumurta-tanıyıcı protein varyantları üretilir. Buna paralel olarak, dişi denizkestanesi yumurtaları üzerinde kilit görevi gören reseptör proteinlerinde de mutasyonlar meydana gelir. Sperm üzerindeki yumurta-tanıyıcı anahtar molekülün, kilide tam uyan düzgün formu ile kilide tam uymayan pürüzlü varyantlarının popülasyonda var olduğu ortaya konmuştur. Sperm sayısının az olduğu durumlarda döllenmenin kolay olması için, spermlerde kolay ve tam eşleşen düz formdaki yumurta-tanıyıcı proteinlerin daha çok sentezlendiği gösterilmiştir. Sperm sayısının çok fazla olduğu durumlarda ise, yumurtalarda, düz formlu yumurta-tanıyıcı proteinin tamamlayıcısı olan reseptörün sentezinin durdurulduğu ve reseptör proteinin farklı bir formunun sentezlendiği anlaşılmıştır. Bu adaptasyon, birden fazla düz formlu spermin yumurtaya girmesine mâni olmak için alınan tedbir olarak yorumlanmıştır. Yani gerektiğinde, bir popülasyona ait dişilerin sperm bağlayan reseptörlerinde mutasyon (değişiklik) gelişebilmekte ve döllenmeye karşı bir koruyucu mekanizma oluşmaktadır. Dolayısıyla üremede yumurtanın rolü ihmal edilemeyecek kadar önemlidir.
Denizkestanesi yumurtalarında yapılan bu araştırma bulguları, insanın üreme tıbbı için önemli mesajlar ihtiva etmektedir. Meselâ bu yeni tespitler, bazı kısırlık durumlarında yumurtanın rolünü açıklayabilir. Zaman içerisinde insan yumurta ve sperm proteinlerinde de çok sayıda varyasyon gelişmiş olması muhtemeldir. Bu sayısız varyasyonlarla, kilit-anahtar sisteminde (protein eşleşmelerinde) uyuşmazlıklar artabilir ve bu durum döllenmeye mâni olabilir. Bu da üremede başarısızlığa yol açabilir. Dolayısıyla sperm ve yumurtanın birbirlerini tanıma sisteminin birlikte nasıl çalıştığı yeni bir araştırma konusu olarak araştırmacıları beklemektedir. Burada en dikkat çeken husus, denizde birbirlerinden uzak yumurta ve spermlerin çok yüksek bir akıl, irade ve bilgi donanımına sahiplermiş gibi kilit ve anahtar sistemleri geliştirmeleri, yeni durumları fark edip buna göre strateji üretmeleridir.
Özetlersek, yumurtanın spermle buluşması (döllenme), hem sperm hem de yumurta tarafında uygun moleküler değişikliklerin olmasına ve bunların birbirleriyle örtüşmesine bağlıdır. Bunun mânâsı, bütün uyumsuz eşleşmeler, kötü yumurtalardan kaynaklanıyor demek değildir. Bazı durumlarda kilit ve anahtarın uyuşmamasının önemli bir hikmeti, yumurtaların farklı türlerin erkek üyeleri tarafından döllenmesi ihtimaline karşı koruyucu rolünün olmasıdır. Moleküler seviyede yumurtanın kendini koruyucu sistemle donatılması da, tabiatta hiçbir şeyin tesadüfî olmadığını gösterir. Kısacası döllenme, sayıya gelmeyen binlerce faktörün rol aldığı ve binlerce sürecin arka arkaya hatasız işlediği açık bir mucizedir.
Faydalanılan Kaynak
– Gaidos Susan (2012). When egg meets sperm.As told by the egg: The story of fertilization from the female point of view. Science News Prime. December 10.2012. www.sciencenews.org
