Karnitin’in Sperm Fizyolojisindeki Rolü Prof. Dr. Barış ALTAY Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Üroloji Anabilim Dalı

Karnitin L-3-hidroksi – 4N,N,N-trimetilaminobütirat Esansiyel aminosit (Kondisyonel) Et, balık, kümes hayvanları ve süt insanlarda ekzojen karnitin kaynağı Endojen olarak KC’de diet ile alınan lizin gibi a.a.hepatik metilasyonu sonrası sağlanır Ming et al. Ann. N. Y. Acad Sci 2004

Günlük Doz Özellikle katı vejetaryan diet uygulayanlarda günlük karnitin dozu çok düşüktür (0.1µmol/kg). Ortalama diet ile 2-12 µmol/kg günlük alım Rebouche 1988

Karnitin nerede sık bulunur ? İskelet ve kalp kası gibi yüksek enerji gerektiren alanlarla beraber epididimde de yüksek oranda bulunmaktadır. Testiste <1mmol/l, cauda epididimiste 53mmol/l.

Karnitin-Epididim Plazmada var olan serbest karnitin alınarak androjenler yardımıyla epiteliyal hücrelerle epididimal plazmaya transfer edilir. Karnitin daha sonra OCTN2 adlı organik katyon taşıyıcıyla spermatozoaya ulaşır

Karnitin: Enerji kaynağı Uzun zincirli yağ asitlerinin mitokondrial membrandan transferinde rol oynar Mitokondrial oksidasyonda görev alarak enerji üretimini sağlar

Sperm mitokondrial membranda Karnitinin Görevi

Karnitin: Enerji kaynağı Sperm olgunlaşma, kapasitasyon için yüksek oranda enerjiye ihtiyaç duyar. Sperm kalitesini etkileyen pek çok faktör mitokondriyal fonksiyon bozukluğu yaparak enerji kaynaklarını azaltmaktadır. 8

Karnitin – Sperm Matürasyonu Sertoli hücreler yoluyla sperm matürasyonunda etkilidir. L-karnitin’in Sertoli hücre kültürüne eklenmesi sonrası, germ hücre matürasyonunda enerji kaynağı olarak görülen pirüvat ve laktat artışı gözlenir.

Karnitin: Testiküler fonksiyonları değerlendirmede belirleyici Aktif karnitin asetiltransferaz enzimi aktivitesi, diploten primer spermatositte 7 kat fazla gösterilmiştir. Germ hücre farklılaşmasında belirleyici markır olarak kullanılabilir. Vernon et al. 1971

Karnitin: Antiapoptotik FAS’a bağlı apoptozis üzerine inhibe edici etki (ekstrensek yol) Mitokondriadan sitozole sitokorom C salınımı ile mitokondrial bcl-2 artışı (intrensek yol) Karnitinin apoptozis sırasında azaldığı belirlenmiştir. Mutombo et al. 2000

Reaktif Oksijen Türevleri (Hidrojen peroksit, Nitrit oksit, Süperoksit anyon) Fizyolojik dozlarda: Hücre fonksiyonlarinin regülasyonu Sinyal iletimi Apoptozis Kapasitasyon Akrozom reaksiyonu Aşırı dozlarda: Oksidatif stres. 2

ROS = Reaktif Oksijen Türevleri Oksidatif hasar ROS > TAC ROS = Reaktif Oksijen Türevleri TAC = Total Antioksidan Kapasite (glutatyon peroksidaz, süperoksid dismutaz, glutatyon redüktaz, katalaz) 13

Oksidatif Stres neden kaynaklanır?

ROS Sperm membranında peroksidasyon Sperm DNA hasarı

Serbest Radikaller : Zincir Reaksiyonu üreticisi Plazma membranı üzerindeki doymamış yağ asidlerine ROS atağı olur: Bu atağın sonucunda Peroksil ve Alkoksil açığa çıkar, bu radikaller, stabilize olabilmek için bir H+ atomunu atarlar, böylece organik hidroperoksidler ve alkol oluşur. Hidrojen atomunun atılması, bir başka lipid üzerinde karbonun oksijenle birleşmesi ve başka bir lipid peroksid oluşturmasıyla sonuçlanır ve yeni oluşan lipid peroksid, stabilize olmak için bir H+ atomunu atar, ve zincir reaksiyon süreklilik kazanır Sonuçta, plazma membranının peroksidatif hasarı oluşur. 5

Spermler neden Reaktif Oksijen Türevleri’nin hedefidir? Sperm membranı gerektiğinde sıvılaşabilmeli ve eriyebilmelidir Sperm – Oosit füzyonu için (akrozomal ekzositoz) bu gereklidir Bunu sağlayabilmek için sperm membranı doymamış yağ asitlerinden çok zengindir Bu da, spermleri peroksidatif ataklara karşı savunmasız kılar 6

SOR’a bağlı DNA hasarı

DNA HASARI Oosit vücudun en büyük hücresi ve rekombinant fabrikasıdır. Sperm DNA fragmantasyonlarını belirli bir orana dek onarabilmektedir. Artan DNA hasarı fertilizasyon oranlarını etkilemediği halde geç paternal etki ile embryo implantasyon oranları düşmekte ve klinikte tekrarlayan düşüklerle ortaya çıkmaktadır. Tesarik 2004

DNA Hasarı Sperm fragmantasyon indeksi>30 ise klinikte sık tekrarlayan düşükler (1.7 kat daha fazla gebelik kaybı) ile karşılaşıyorsak, ejakülat spermi yerine testiküler sperm çözüm olabilmektedir. DNA hasarı spermin epididim boyunca yol alması sırasında SOR ile temas sonrası immatür sperm hücreleri veya epididim boyunca epiteliyal hücrelere bağlı artmaktadır.

DNA Hasarı Konvansiyonel sperm parametreleri ile her zaman korele değildir Artan sperm DNA hasarı ÜYT başarısını etkilemektedir. Tunel, Acridin orange, SCSA, Comet assay bu amaçla kullanılan testler

DNA Hasarı Artan DNA hasarına bağlı hamileliklerin devamı açısından TESE uygulanan 18 hastadan sekizinde başarı sağlanırken, ejakülattan sperm ile ICSı sonrası sadece 1 olguda hamilelik elde edilmiş ancak düşükle sonlanmıştır. Tesarik 2005

Mitokondriyal disfonksiyon ROS ve sperm mitokondrisinin performansı: Kısır döngü Fazla ROS üretimi Mitokondriyal disfonksiyon 23

Karnitin: Anti-oksidan İntraselüler ortamda toksik özellikte bulunan fazla miktardaki asetil-CoA’nın atılmasında rol oynar ve bu yolla spermatozoanın oksidatif hasardan zarar görmesini engeller. Asetil-CoA, mitokondrial ROS kaynağı

Hücresel antioksidan savunma sistemleri Hasarlı molekülleri (proteinler, lipidler ve DNA) onarır veya ortadan kaldırır Lipid parçalanma/tamir enzimleri Fosfolipaz A2, Açil-CoA Sentetaz Lisofosfolipid Açil-CoA Transferaz Protein parçalanma/tamir enzimleri Proteazlar, Peptidazlar

Membran fosfolipid onarım işlemleri Membran fosfolipid onarım işlemi bir deaçilasyon-reaçilasyon siklusudur  membran fosfolipidlerindeki yağ asidi bileşiminin uygun biçimde hazırlanmasını sağlar Reaçilasyon basamağı yeterli miktarda açil CoA: karnitin ve CPT (carnitine palmitoyl tranferase) ’ye ihtiyaç duyar, Asetil-karnitin: Doymamış serbest yağ asidi zincirinin uzatılmasında Uzun zincirli açil karnitinler: fosfolipid dönüşümünde rol alır

Membran fosfolipid onarım süreci Oxidant + 1/2 Native Lipid Bilayer Oxidized Bilayer with Disrupted Structure Oxidized Fatty Acid Removed for Reaction with GSH-Pc Membrane Fully Repaired by Reacyclation

Karnitin: Anti-oksidan

Karnitin: Sperm membranı Sperm membran stabilitesinde rol oynar. Bunu da membrandaki fosfolipidlerin asetilizasyonunu ile sağlar. Agarwal Reproductive Biomedicine 2004

İmmotil Spermatozoa Ölü sperm membranındaki değişikliklere bağlı zararlı SOR hücreye penetre olarak DNA hasarına yol açabilir Yine sitoplazmik faktörler oosit aktivasyonu ve fertilizasyon üzerine olumsuz etki edebilir.

İmmotil Spermatozoa Vital sperm ICSI öncesi motilite ile belirlenebilmektedir. Ancak immotil sperm kullanılması gereken durumlarda, uygun spermi göstermeye yarayan boyama teknikleri klinik kullanımda yer almamaktadır.

İmmotil Spermatozoa Farklı kaynaklardan olsa bile motil sperm kullanılan ICSI sikluslarında fertilizasyon ve gebelik oranları anlamlı olarak yüksek bulunmuştur.

İmmotil Spermatozoa Epididim boyunca transport süresinin uzun olmasının sperm dejenerasyonunu arttırdığı ve DNA hasarının epididimde testise göre daha fazla olduğu, mikrotübül organizasyon defektlerinin fertilizasyon üzerine olumsuz etkidiği bildirilmektedir. Westlander Hum Repord 2003

Sonuç Karnitin sperm için enerji kaynağı Mitokondriyal fonksiyonu düzenleme Anti-oksidan Anti-apoptotik