Seminifer tubüller
Seminifer tubüllerin duvarını Sertoli destek hücreleri ve germ hücreleri döşer. Germ hücreleri spermatogoniumlar (mitozla yavaş bölünerek kendini yenileyen stem cell ve mayoza girmek üzere mitozla hızla çoğalan spermatogoniumlar olmak üzere 2 farklı populasyonda bulunurlar), spermatositler (mayoz bölünme geçirirler) ve spermatidlerden (çoğalmayıp sadece metamorfoz geçirerek maturasyonlarını tamamlarlar) oluşmaktadır. Spermatozoa gelişimini tamamlamış en son hücre olup, lümene dökülerek daha ileri taşınır.
Peritubüler yapılar
Üzerine germ hücrelerinin oturduğu bazal membranın hemen dışında kalın bir kollagen lif tabakası bulunur. Bunun dışında miyoid hücreler, en dışta ise adventisiyal fibroblastlar yerleşmiştir.
Peritubüler miyoid hücreler hem kasılma hem de sekresyon yapma özelliklerine sahiptirler. Kasılmaları ısı değişimlerine ve hormonlarla uyarıma son derece hassastır. Sekresyon ürünleri ise P-Mod-S (peritubular modifies Sertoli), fibronektin ve kollagen tip I’dir. P-Mod-S FSH tarafından uyarılır ve Sertoli hücrelerinin gelişmesi ve fonksiyonlarında önemlidir. Ayrıca testosteron sentezi, Sertoli hücrelerinin mezanşim ile etkileşimi ve Sertoli hücrelerinin sekresyonlarına etkili uyarıların iletilmesi gibi önemli fonksiyonları da bilinmektedir. Diğer çalışmalarda da peritubüler bu yapıların spermatogenezde çok önemli rolleri bulunduğu vurgulanmaktadır.
Sertoli hücreleri
Seminifer tubüllerin duvarında, bazal membran üzerine oturmuş, lümene kadar uzanan büyük hücrelerdir. Düzensiz şekilli bir nukleusu, belirgin bir nukleolusu bulunur. Komşu germ hücreleri ile özel bağlantı kompleksleri oluşturur. İki Sertoli hücresi yanlara doğru yaptıkları sitoplazmik uzantılarıyla birbirlerine tutunurlar. Bu uzantıların arasında ise spermatogenetik seriye ait germ hücrelerinin etrafını kuşatarak hapsederler. Böylece germ hücrelerinin civar ortamla irtibatı kesilir. Beslenme, hormonal etkileşim gibi fonksiyonları Sertoli hücreleri aracılığıyla gerçekleşir. Spermatogoniumlar bazal membran üzerine oturmuş halde bulundukları için sadece üst kutuplarından Sertoli hücrelerinin yaptıkları bu bağlantı ile kuşatılırlar. Oysa daha ileri evrelerde bulunan spermatositler ve spermatidler tüm çevreleri boyunca kuşatılarak tamamen dış ortamdan izole tutulurlar. Sertoli hücrelerinin birbirleri ile birleşerek oluşturdukları bu bariyere “kan-testis bariyeri” adı verilir. Kan-testis bariyeri bu şekilde seminifer tubüllerin germ hücreleri ile döşeli duvarını ikiye ayırmış olur: Bazal kompartman ve luminal kompartman. Bazal kompartman içinde spermatogoniumlar ve genç spermatositler (leptoten, zigoten), luminal kompartman da ise olgun spermatositler (pakiten), spermatidler ve spermatozoa bulunur. Spermatositler mayoz ile bölünürlerken , mayozun ileri evrelerinde luminal kompartıman için egeçerler. Kan-testis bariyerinin varlığını gösteren en güzel çalışma testis damarlarına verilen çoğu maddenin testisin lenf damarlarında çıkması ama rete testis sıvısına geçmemesidir. Testis içindeki kan damarlarının duvarları ve peritubüler miyoid hücrelerin de kan-testis bariyeri fonksiyonuna katkıları bulunur. Kan-testis bariyeri pubertede spermatogenez başladığı zaman oluşur. Bu bariyerin önemi germ hücreleri mayoz geçirirken dış etkilere çok hassas oldukları için, bunlara daha düzenli ve spesifik bir ortam sağlamasıdır. Ayrıca, mayoz geçirdikten sonra haploid hale gelen germ hücrelerinin vücut immün sistemi tarafından tanınmamaları nedeniyle yıkılmalarına da mani olur. Diğer yandan, bu bariyer sayesinde bazı ilaçların germ hücrelerine ulaşmaları da önlenmiş olunur. Sertoli hücreleri “kan-testis bariyeri” sayesinde luminal kompartımanda bulunan hücreler için dış ortamdan izole, özel bir mikroçevre yaratmış olurlar.
Sertoli hücreleri komşu germ hücreleri ile de spesifik bağlantılar yapar. Bu bağlantılar desmozom-benzeri bağlantılar (germ hücrelerinin düzgün bir şekilde lümene doğru ilerlemelerine yardımcı olur), ektoplazmik bağlantılar (uzamış formdaki spermatidleri tutarlar) ve tubulobulbar kompleksler (lümene dökülmeden birkaç gün önce spermatidler ile Sertoli hücreleri arasında oluşurlar ve olgun sperm hücresindeki fazla sitoplazmanın fagosite edilmesini sağlarlar)’dir.
Sertoli hücrelerinin fagositoz, sıvı sekresyonu ve çeşitli moleküllerin salgılanması fonksiyonları vardır. Androjen bağlayan protein (ABP), Sertoli hücrelerinin salgıladığı önemli bir maddedir. ABP Sertoli hücreleri içinde androjenleri bağlayarak, lümen içine ve buradan da epididime taşır. Diğer Sertoli hücre ürünleri arasında ekstrasellüler matriksi oluşturan maddeler (laminin, kollagen tip IV ve tip I), proteinler (seruloplazmin, transferrin, inhibin, büyüme faktörleri vd) ve steroidler (dihidrotestosteron, testosteron, androstenediol, östradiol vd) sayılabilir.
Sertoli hücrelerinin çalışmasında iki hormon önemlidir: FSH ve testosteron. Progesteron, hidokortizon, insülin, vitamin A ve E, epidermal büyüme faktöri (EGF) ve transferrinin de Sertoli hücrelerinin fonksiyonları üzerine etkileri bulunduğu gösterilmiştir. Yukarıda tanımlanan ve peritubüler miyoid hücrelerden salgılanan P-Mod-S, komşu germ hücreleri ve östrojenin de Sertoli hücre fonksiyonları üzerinde değişik etkileri bulunabilir.
İnsanda günde ortalama 123 milyon spermatozoa yapılır (21-374 milyon arasında değişir). Spermatogoniumlar mitoz ile çoğalarak iki tip hücre oluştururlar: yeniden spermatogonium yapacak kök hücre spermatogoniumlar ve spermatositi oluşturacak spermatogoniumlar. Spermatositler artık mayoza girerek kromozom sayılarını 46’dan (diploid hücreler) 23’e (haploid hücreler) indirirler. Spermatogoniumları mitoz ve mayoz bölünme ile çoğalarak spermatid oluşturuncaya kadar olan evreye spermatogenez evresi denilir. Spermatidlerin metamorfoz geçirerek olgun sperm hücresi (spermatozoa) oluşturması evresine ise spermiyogenez adı verilir.
Seminifer tubül duvarı üzerinde, Sertoli hücreleri arasına sıkışmış bazal membrandan lümene doğru dizilim gösteren çok sayıda germ hücresi bulunur. İnsanda en az 13 tip germ hücresi tanımlanmıştır: koyu tip A spermatogoniumlar (Ad), soluk tip A spermatogoniumlar (Ap), tip B spermatogoniumlar (B), preleptoten primer spermatositler (R), leptoten primer spermatositler (L), zigoten primer spermatositler (Z), pakiten primer spermatositler (P), sekonder spermatositler (II), ve Sa, Sb1, Sb2, Sc, Sd1, Sd2 spermatidler ile spermatozoa.
Testislerin gelişmesi
Embriyoner dönemde primordial germ hücreleri gonadal çıkıntı’ya göç ederek yerleşirler. Burada mezodermal hücrelerden kaynaklanmış olan Sertoli hücreleri ile birlikte primitif testis kordonlarını (ileride seminifer tubülleri yapacak) oluştururlar. Gonad testis yönünde farklılaşırsa primitordial germ hücrelerine gonosit adı verilir. Gonositler başlangıçta seminifer tubülün ortasında lokalizedir. Daha sonra periferine doğru çekilerek, spermatogonia adını alır. Bu dönemde seminifer tubüllerinde lümen gelişmemiştir (seminifer kordon da denilir).
Spermatogenez puberte ile 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. Doğumdan sonra 7 yaşına kadar testislerde büyük bir morfolojik değişiklik olmaz. 7-9 yaşından sonra ise gonositlerin mitotik aktiviteleri ve bununla uyumlu olarak seminifer tubül lümeninin periferinde toplanan spermatogonium sayısı artar.
Erişkin erkekte spermatogenez
Soluk tip A spermatogoniumlar (Ap spermatogonium) seminifer tubüllerin bazal kompartımanında, bazal membran üzerine oturmuş durumda bulunurlar. Üzerlerinde komşu Sertoli hücrelerinin aralarında oluşturdukları sitoplazmik uzantı bileşkeleri bulunur. Ap spermatogoniumlar 16 günde bir mitoz ile bölünerek B tipi spermatogoniumu oluşturur. B spermatogoniumlar da spermatositleri oluşturarak mayoz bölünmeye girer. Spermatogoniumlar mitoz ile bölünürlerken birbirinden ayrı 2 adet nukleus oluştururken, sitoplazmaları tamamen birbirinden kopmaz ve sürekli birbirleri ile bu sitoplazmik köprüler aracılığıyla bağlantılı kalırlar. Bu köprü bağlantıları mayozda da devam eder ve bütün germ hücre basamaklarında görülür. Bu bağlantıların fonksiyonel önemleri tam bilinmese bile, hücre çoğalmasının, farklılaşmasının ve haploid hücrelerde gen ekspresyonunun kontrolünde önemli oldukları ileri sürülmektedir.
Erkekte germ hücreleri arasında en az farklılaşmış olanı, yani ilk basamak hücre koyu tip A spermatogoniumlar (Ad)’dır. Bunlar sürekli bölünerek kendilerini yenilerler ve yeni Ad spermatogoniumlar oluştururlar. Buna hücre yenilenmesi denilir ve sürekli olarak bir doğurucu spermatogonium (Ad) deposu sağlamış olurlar. Bazı Ad spermatogoniumlar ise spermatositlere dönüşmek üzere önce Ap (soluk tip spermatogonium) ve arkasından da B spermatogoniumları oluştururlar. Hangi Ad spermatogoniumun kendini yenileyeceği hangisinin ise Ap ve B spermatogoniumları oluşturacağının belirlenmesi konusu kesinliğe kavuşmamıştır. Bir görüşe göre c-kit transmembran tirozin kinaz reseptörü bundan sorumludur. Bu reseptörün bulunduğu hücreler spermatositleri yapacak şekilde çoğalırlarken, bulundurmayanlar kendilerini yenilemeye devam ederler.
Mayoz bölünme
Birbirlerine sitoplazmik uzantılar ile bağlı halde bulunan B tipi spermatogoniumlar mitoz ile bölünerek preleptoten primer spermatositleri oluştururlar. Primer spermatositler artık mayoz bölünme ile çoğalırlar. Sonuçta haploid kromozom sayısına sahip spermatid meydana gelir.
Primer spermatositlerde DNA sayısı 2N, kromozom sayısı ise diploiddir. Mayoz ilerledikçe sekonder kromozom sayısı da haploid hale gelir ki bu evrede hücreye sekonder spermatosit (2N DNA) adı verilir. Sekonder spermatositler ikinci mayoz bölünmeyi de geçirerek artık hem kromozom sayısı hem de DNA içeriği haploid olan yuvarlak spermatidleri (Sa) yapar. Böylece her bir primer spermatositten 4 adet spermatid meydana gelmiş olur. Spermatidler oluşuncaya kadarki süreç içerisinde germ hücrelerinin yaklaşık %40’ı dejenere olur ve ölür.
Mayoz bölünmenin tamamı Sertoli hücrelerinin kendi aralarında sitoplazmik uzantılarıyla oluşturdukları kan-testis bariyerinin arkasında gerçekleşir, yani vücudun immün sistem hücrelerinin bulunmadığı ortamda.
Spermiyogenez
Spermiyogenez; yuvarlak Sa spermatidlerin matür spermatid oluşturacak şekilde metamorfoza uğraması sürecidir. Bu sırada spermatidin sitoplazmasında ve nukleusunda önemli değişiklikler gerçekleşir. Sitoplazma azalır, akrozom oluşur, kuyruk oluşur ve sitoplazma içinde bulunan organeller yer değiştirirler. Spermatidler birbirlerine sitoplazmik köprülerle, Sertoli hücrelerine ise ektoplazmik uzantılarla bağlanmış durumda bulunurlar.
İnsanda seminifer tubüllerin her hangi bir kesitinde germ hücreleri hep belirli hücreler ile bir arada görülür. Bu şekilde 6 adet evre tanımlanmıştır. Buna spermatogenetik siklus evreleri denilir. Evreler heliks biçiminde dizilmiş olarak, daima düzenli şekilde birbirlerini takip ederler. Seminifer tubülüllerin bütün kesitlerinde mutlaka bu evrelerden birinde rastlanılır. Hücreler başka bir kompozisyon içinde bulunmazlar. 6 evrenin peşisıra tamamlanması için geçen süre ise 16 gündür. Buna bir seminifer epitel siklusu adı verilir. Bir Ap spermatogoniumdan olgun spermatozoa oluşup, lümene dökülebilmesi için bu şekilde 4 seminifer epitel siklusunun geçmesi gerekir, bu da yaklaşık 64 güne karşılık gelir (Ancak, bir Ap spermatogoniumdan olgun spermatozoanın oluşup, ejakulatta görülmesi için geçen süre yaklaşık 74 gündür). İşte bir spermatogoniumdan bir spermatozoanın meydana gelmesi için geçen 64 günlük bu süreye ise spermatogenetik siklus adı verilir. Her spermatogenetik siklus sırasında, Ap spermatogoniumdan B spermatogonium oluşması, yani mayozun başlaması 4 kez gerçekleşir. Neticede bütün hücre çeşitleri sürekli olarak aynı anda oluşurlar ya da peşi sıra birbirlerini takip ederler. İşte bu nedenle her gün milyonlarca spermatozoa yapılarak ejakulatta çıkabilmektedir.
Spermatogenezin hormonal kontrolü
Pubertede spermatogenezin başlamasında FSH ve daha az oranda LH (testosteron salgısını stimüle ederek) görev alır. FSH Sertoli hücrelerinin ve belki de Leydig hücrelerinin gelişmesinden sorumludur. Testosteronun da puberte öncesinde tek başına spermatogenezi başlatabileceği, ama bunun kantitatif değil kalitatif düzeyde olacağı önerilmektedir.
Erişkin erkekte ise daha önce başlamış olan spermatogenezin devam ettirilmesinde, LH’nın uyarımıyla salgılanan testosteron en önemli hormondur. Genel olarak kabul edilen görüş komplet spermatogenezin kalitatif olarak devam ettirilmesinde tek başına testosteronun, ama kantitatif olarak spermatogenezin sürdürülmesinde ise FSH’nın gerekli olduğudur. FSH, spermatogenezin mayoz öncesi ve sonrası evrede etkisini gösterir.
Testosteron etkisini Sertoli hücrelerini uyararak gösterir. Bazı çalışmalarda testosteroun peritubüler hücreleri uyararak P-Mod-S sekresyonunu artırması yoluyla Sertoli hücrelerini uyardığı ortaya konmuştur.
Hipotalamusun çıkarılamsı testislerde atrofi yapar. Bunlarda Leydig hücre hiperplazisi, peritubüler hyalinizasyon ve germ hücrelerinde azalma (sadece spermatogoniumlar içeren tubüller ya da spermatosit evresinde duraklama görülebilir) ortaya çıkar.
LH’nın spermatogenez üzerine etkisi sadece Leydig hücrelerini uyararak yaptığı testosteron salgılatıcı etkisidir. Oysa FSH’nın spermatogenezin devam ettirilmesindeki rolü ispatlanmıştır.
FSH yetersizliğine bağlı spermatogenezin kalitatif olarak (sadece çok az sayıda spermatid yapılacak miktarda) sürdürülmesi tek başına testosteron ile mümkün iken, normalde olduğu gibi çok sayıda matür spermatidin yapılabildiği kantitatif düzeyde spermatogenezin sürdürülebilmesinde testosteron ile birlikte FSH’nın da verilmesi gerekir. Tek başına testosteronun etkili olmayışının nedeni testisler içerisinde yeteri kadar yüksek testosteron konsantrasyoununun sağlanmasındaki güçlüktür. Oysa testislerin içine testosteron küreciklerinin enjekte edildiği çalışmalarda spermatogenezin normal olarak devam ettiği ortaya konmuştur.
Testislerde spermatogenezin sağlanmasında hormonların dışında başka faktörler de önemlidir. Y-kromozomunun uzun kolu üzerindeki genlerin, spermatogenezi regüle edici rolleri bulunur. DAZ (deleted in azoospermia) geni bunlardan biridir. Obstrüksiyon bulunmayan azoospermi olgularının %13’ünde bu genin yokluğu bildirilmiştir. Ayrıca, seminifer büyüme faktörü, fibroblast büyüme faktörü (FGF), IGF-1, Sertoli hücrelerinden salgılanan büyüme faktörü, IL-1, mayoz inhibe edici substans ve mayoz önleyici substans gibi parakrin ya da otokrin faktörlerin de spermatogenez üzerinde rolleri vardır.
Spermatogenezde yaşa bağlı değişiklikler
Genç erkeklerde testislerde ortalama 500 milyon adet Sertoli hücresi bulunur. 50 yaşından sonra bu sayı yarıya iner. Leydig hücre sayısında da benzer şekilde yaşa bağlı azalma görülür.
27-42 yaşları arasındaki erkeklerde seminifer tubüllerin %85’i normal spermatogenez gösterirken, 70-79 yaşları arasında %31’i, 80-89 yaşları arasında ise %16’sı normal spermatogenez gösterirler. Yaş ilerledikçe, seminifer tubüllerde hipospermatogenez, maturasyon duraklaması, germinal aplazi ve sklerozis gibi patolojiler de artar.
