Sel telur (oosit), berbentuk bola, diselimuti oleh 2 lapisan; bagian luar yang tebal, mengandung karbohidrat-protem (glikoprotein), disebut zona pelusida (ZP), dan bagian dalagn, tipis, juga suatu glikoprotein, disebut membran plasma. ZP-oosit harus melakukan senyawa dengan akrosom-sperma agar fertilisasi dapat berlangsung. Dan mekanisme senyawa oosit-sperma baru terungkap setelah struktur, fungsi, dan sintesa ZP, dapat diidentifikasi dengan menggunakan mencit sebagai model; membuka jalan untuk lebih memahami fertilisasi in vitro (bayi tabung) dan merancang vaksin kontrasepsi.
Zona pelusida
Paul Wassarman,orang Harvard, yang baru menjadi Direktur Lembaga Biomolekul Roche New Jersey, AS, dikenali sebagai ilmuwan yang menekuni ZP.Kelompok mereka, 1980 berhasil untuk pertama kalinya melakukan identitikasi ZP pada mencit, masing masing: ZP 1 beratnya 200 kilo dalton (kd); ZP 2,120 kd; dan ZP 3, 83 kd. Kelompok lain pada tahun berikutnya hingga kini, berhasil mengidentifikasi ZP pada tikus,kelinci, babi, dan sapi. Sedangkan pada manusia masih belum berhasil dilakukan secara terinci seperti pada mamalia-mamalia tersebut.
Selama satu abad Iamanya ZP diduga ,berasal dari sel folikel di luar inti sel oosit. Baru tahun 1989, kelompok Wassarman dan East, dengan menggunakan DNA penjejak, membuktikan bahwa ZP mencit diproduksi oleh gen pada kromosom yang berbeda, di dalam inti sel oosit. Tetapi ZP 3 diproduksi oleh DNA/ gen pada kromosom 6, terdiri dari 8 exon dengan panjang 10 kilobasa (kb). Sedangkan hasil transkripsi DNA, mRNA poly A, panjangnya 1.5 kb, membentuk 424 asam amino ZP 3; tetapi, mRNA ini tidak dijumpai pada oosit muda/imatur, hanya didapatkan pada oosit matang.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Dengan menggunakan berbagai teknik ultra struktur, ilmuwan menemukan bahwa ZP 3 dan ZP 2 berikatan membentuk serentetan unit “heterodimer”, panjangnya 14 nanometer setiap unit, yang dihubungkan oleh ZP 1 menjadi satu bagian integral, dan bersama karbohidrat (oligosakarida) membentuk struktur 3 dimensi (konformasi) glikoprotein sebagai satu kesatuan ZP. Keadaan serupa juga ditemukan pada 3, tikus, walaupun terdapat sedikit perbedaan susunan asam amino.
Sebelum itu, 1985, kelompok Wassarman telah membuktikan bahwa ZP 3,berfungsi sebagai komponen pertama tempat sperma bersenyawa dengan oosit (reseptor). Kemudian sperma akan bersenyawa dengan ZP 2, reseptor kedua; setelah itu terjadilah perubahan konformasi seluruh ZP sehingga mencegah senyawa antara sperma lain dengan ZP. Kunci utama dari fungsi ZP 3 terletak pada gugusan N, dari asam amino asparagin, serin, dan threonin, yang bersenyawa dengan gugusan O (N-O), dari karbohidrat yang berat molekulnya 3.9 kd.
Bila karbohidrat ini ditiadakan, sperma tak dapat bersenyawa dengan oosit. Bila gugusan protein ditiadakan, induksi ZP 3 terhadap sekresi berbagai protein akrosom, produk sperma, tidak terjadi; tetapi, senyawa sperma-oosit tetap berlangsung. Jadi, gugusan O dari karbohidrat pada ZP 3 memegang peranan utama untuk senyawa awal antara sperma-oosit, bukan , komponen protein. Peranan gugusan karbohidrat sebagai sinyal biologis banyak ditemukan pada tempat lain, misalnya, glikoprotein produksi tumor ganas penyakit tropoblast.
Kronologi fertilisasi
Sperma harus melekat (attached) pada ZP; reaksi biologis spesifik (binding), yang terjadi sesama jenis spesies, memungkinkan bila ZP 3 bersenyawa dengan akrosom Sperma. Akrosom harus diinduksi oleh ZP 3 agar mampu memproduksi berbagai protein dan mengoperasikan pompa elektrolit (Na, Ca, dan H). Kemudian terjadilah perubahan bentuk dan fungsi sperma (exositosis/menonjol), sehingga dapat melakukan invasi ke dalam ZP dan inti sel oosit. Proses demikian disebut reaksi akrosom.
Invasi memungkinkan, bila sperma mensekresi akrosin (protein), beratnya 95 kd, berfungsi sebagai substrat enzym tirosin kinase, sehingga menyebabkan perubahan bentuk akrosom sperma. Di saat invasi, terjadilah perubahan bentuk ZP sehingga mencegah senyawa sperma lain dengan ZP 3. Protein akrosin yang disekresi oleh sperma mencit ini baru berhasil diidentifikasi tahun 1989 dengan teknik Western blot oleh kelompok Saling, dari Universitas Duke, AS.
Sperma bergerak melintasi ZP dengan kecepatan 1 mikrometer/menit, dan masuk ke dalam suatu rongga oosit, antara lapisan dalam dan luar (perivitelline space). Selanjutnya terjadilah fusi antara sperma dengan oosit, disebut fertilisasi. Dengan pemeriksaan mikroskop, tampak adanya 2 buah ”pronukleus”, dengan 2 buah polar bodies pada puncak embrio; pada mencit proses ini berkisar 16 jam, pada manusia 24 jam. Tanda ini merupakan bukti berakhirnya proses meiosis tahap kedua (pembelahan kiromosom) dan proses fertilisasi.
Vaksin kontrasepsi
Setelah ultrastruktur ZP sedikit terungkap, timbul gagasan untuk mengendalikan fertilitas, dengan cara mencegah senyawa sperma-oosit, melalui manipulasi pada ZP. Kelompok Dean, 1986, dari Lembaga Kesehatan Nasional, AS, berhasil mencegah fertilisasi, setelah mencit diimunisasi dengan menggunakan vaksin rancangan antibodi monoklonal, yang ditujukan terhadap protein ZP 3 dan ZP 2. Yang mengherankan, sekalipun fertilisasi dapat dicegah, senyawa sperma dengan ZP 3 tetap terjadi.
Diduga, pemberian vaksin tersebut mencegah senyawa sperma dengan ZP 2 sehingga tidak terjadi invasi sperma ke dalam inti sel oosit. Memang hasil ini sudah diperhitungkan, sesuai dengan teori yang dikemukakan Wassarman. Sebab, senyawa sperma terhadap ZP 3 diperankan oleh gugusan karbohidrat, pada ikatan N-O dari glikoprotein. Sekalipun mekanismenya belum jelas, terbukti untuk pertama kalinya bahwa fertilitas dapat dicegah dengan menggunakan vaksin, yang ditujukan terhadap ZP.
Sayangnya, rancangan vaksin mereka saat itu belum berhasil mencegah fertilisasi sperma-oosit manusia, sebab antibodi tersebut hanya dapat bereaksi silang dengan antigen (protein) ZP dari tikus dan kelinci saja. Kini, identifikasi struktur dan DNA/gen yang bertanggung jawab terhadap pembentukan protein ZP telah berhasil dilakukan. Gen pembentuk protein ZP pada manusia dalam waktu dekat akan dapat diidentifikasi, dengan menggunakan gen pembentuk ZP mencit sebagai pembimbing, melalui teknik genetika rekayasa.
Bila susunan basa nukleotida tingkat DNA/gen ZP 3 pada manusia kelak berhasil diidentifikasi, susunan komponen asam amino yang menjadi tulang punggung protein ZP 3 di permukaan oosit dapat ditentukan. Sebaliknya, susunan komponen asam amino dari protein ZP dipermukaan oosit juga dapat ditentukan dengan teknik pemurnian. Langkah berikutnya adalah menentukan jenis asam amino yang membentuk ikatan N-O pada ZP 3.
Mekanisme tingkat molekul yang belum dapat dijelaskan, ketika kelompok Dean berhasil mencegah fertilisasi pada mencit dengan imunisasi, akan dapat terungkap dalam waktu dekat ini. Diduga terdapat banyak persamaan gugusan asam amino, yang menyusun glikoprotein ZP, pada manusia dan mencit. Sehingga lebih mudah membuat antibodi monoklonal khusus ditujukan terhadap asam amino, yang membentuk ikatan N-O pada ZP. Dan merancang vaksin kontrasepsi baru yanglebih sempurna bukanlah suatu hal mustahil.
Alternatif lain adalah merancang vaksin kontrasepsi, berdasarkan bentuk 3 dimensi dari komponen glikoprotein ZP manusia; strategi ini pernah dilakukan untuk mencegah infeksi bakteri dan virus. Selain itu, kelompok lain, 1988, membuktikan bahwa antibodi monoklonal tikus, yang ditujukan terhadap akrosin sperma manusia, dapat mencegah senyawa sperma dengan ZP3-oosit pada manusia. Jadi, adalah mungkin merancang vaksin kontrasepsi yang ditujukan terhadap sperma dan oosit; dengan melakukan manipulasi terhadap oosit baik ditingkat gen, atau ditingkat gugusan N-O.
WHO, 1988, mengadakan uji coba klinik tahap I serentak di 4 negara, untuk evaluasi terhadap vaksin hCG (hormon chorionic gonadotrophin). Hormon ini bertanggung jawab terhadap kelangsungan hidup embrio, sebab kadarnya akan meningkat bila terjadi kehamilan. Pemberian imunisasi dengan vaksin ini dapat meniadakan efek fisiologis hCG, mengakibatkan terhambatnya pertumbuhan janin dan berakhirnya kehamilan. Seperti halnya RU-486, jenis vaksin ini tidak mencegah fertilisasi sehingga akan menimbulkan masalah bila vaksin hCG digunakan untuk program KB.
Prospek mendatang
Pada program bayi tabung, misalnya, induksi ovulasi dengan hormon dosis tinggi akan menghasilkan beberapa oosit dengan berbagai tingkatan kualitas. Kualitas oosit yang kurang baik, sekalipun baru dibuktikan pada mencit, tidak memproduksi mRNA, cikal bakal protein ZP. Sehingga kini bisa dipahami mengapa oosit muda/imatur sulit melakukan senyawa dengan sperma; perbaikan protokol induksi ovulasi akan meningkatkan keberhasilan program bayi tabung.
Kalau ditingkat permukaan oosit ZP sudah terbukti menunjukkan peranan yang rumit, apalagi di tingkat DNA/gen yang berada di dalam inti sel oosit. Namun, semua sel dalam jazad hidup menunjukkan pola dan sistem yang universal. Senyawa komponen molekul di tingkat permukaan akan mengirimkan sinyal ke dalam inti sel, dilakukan oleh komponen molekul lainnya.
Kita baru mencapai era pemahaman berbagai aspek biomolekul tentang sintesa, struk tur, dan fungsi ZP. Dan ekposisi landasan teori senyawa sperma-oosit mulai terbentuk, sehingga pakar reproduksi lebih terarah dalam merancang vaksin untuk pengendalian fertilitas. Apakah imunisasi dengan vaksin kontrasepsi sebagai salah satu program KB kelak menjadi kenyataan? Berbagai bukti menunjukkan, era teknologi biomedis telah merubah anggapan ”tidak mungkin” menjadi ”tinggal menunggu waktu”.
Triono Soendoro, mahasiwa, doktoral bidang reproduksi di Universitas Yale, AS
Sumber: Kompas, 31 Januari 1990
