Maturasi dan Ovulasi Oosit pada ikan TeleostOocyte Maturation and Ovulation on Teleost

I.  Maturation

Pada kebanyakan spesies non-mamalia, oosit mencapai ukuran akhir selama vitellogenesis dan memulai tahap pematangan serta ovulasi bila ada stimulasi hormonal yang mencukupi (Carnevali, et al., 2006). Namun seperti pada kebanyakan vertebrata, oosit ikan teleost yang sudah mencapai pertumbuhan akhir belum dapat dibuahi dan harus mencapai tahap akhir penyelesaian pembelahan meiotik dan perubahan struktur oosit. Proses tersebut meliputi GVBD (germinal vesicle breakdown), kondensasi kromosom, pembentukan spindel meiotik pertama, pelepasan polar bodi pertama (Nagahama, 1987) dan pembentukan microphyle sebagai saluran masuknya sperma ketika terjadi fertilisasi (Thomas, et al., 2002).

Semua proses tersebut dikendalikan oleh sistem syaraf pusat sebagai respon terhadap perubahan lingkungan (Carnevali, et al., 2006) dengan peran tiga mediator utama: gonadotrophin (GTH), MIH (maturation-inducing hormone) dan MPF (maturation-promoting factor) (Nagahama, 1987). Sinyal lingkungan yang ditangkap sistem syaraf direspon hipothalamus dengan mengeluarkan gonadotrophin releasing factor (GnRH) yang menstimulasi pelepasan pituitary gonadotrophin, GtH I atau FSH (follicle-stimulating hormone) dan GtH II atau LH (luteinizing hormone) (Carnevali, et al., 2006). Menurut Suzuki, et al. dalam Yaron (1995), kedua substansi tersebut menstimulasi sekresi estradiol dari folikel tetapi GtH II lebih potent menstimulasi sekresi 17,20-P dari folikel postvitellogenik.

Pengaruh umpan-balik seks steroid digunakan pada tingkat pituitari dan otak untuk memungkinkan terjadinya integrasi dengan isyarat lingkungan untuk merangsang terjadinya peningkatan GtH-II preovulatory pada ikan cyprinid (Aida dalam Peter dan Yu, 1997). Peran utama yang mengatur sekresi GtH-II dari pituitari adalah GnRH (gonadotrophin-releasing hormone), dalam bentuk [Trp7, Leu8]-GnRH (salmon GnRH atau sGnRH), pGlu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-NH2 (mamals GnRH atau mGnRH), [His5, Trp7, Tyr8]-GnRH (chicken GnRH-II atau cGnRH-II), [His5, Leu7, Asn8]-GnRH (catfish GnRH or cfGnRH) and [Ser8]-GnRH (seabream GnRH or sbGnRH) (Peter dan Yu, 1997).

Steroid penginduksi maturasi tidak beraksi sebagai steroid tipikal melalui reseptor intraseluler melainkan mengikat reseptor permukaan sel (Carnevali, et al., 2006). Pengikatan MIH pada reseptor membrannya diikuti oleh pembentukan MPF pada ooplasma dimana memediasi aksinya pada proses meiotik (Yaron, 1995).

Secara hormonal, akhir proses vitellogenesis berpuncak pada pembentukan 17a-hydroxyprogesteron yang terjadi pada sel theca, dimana steroid ini berdifusi ke dalam sel granulosa dan dikonversi menjadi 17a,20b-dihydroxy-4-pregnen-3-one yang merupakan hormon penginduksi maturasi (MIH) pada kebanyakan spesies ikan (Nagahama, 1987). Pada Atlantik croacker dan spotted sea trout (Trant dan Thoman, 1989), striped bass (King, et al., 1995), toadfish (Modesto dan Canario, 1995), gillhead sea bream (Canario, et al., 1995) dan turbot (Muginier, et al., 1995) MIH diperankan oleh 17a,20b,21-trihydroxy-4-pregnen-3-one (dalam Yaron, 1995; Peter dan Yu, 1997).

Walaupun secara umum MIH dipertimbangkan sebagai subtansi mediator penting dan mencukupi untuk proses penerusan meiotik, beberapa substansi lain juga dapat memediasi dan turut mengatur proses ini. Beberapa substansi tersebut antara lain: insulin-like growth factor (IGF), activin, epidermal growth factor (EGF), transforming growth factor a (TGFa) dan oestrogen sintesis. Pada folikel ovari red seabream, IGF I merupakan penginduksi kuat kemampuan maturasi (Kagawa dalam Patino dan Sullivan, 2002) dan merangsang aktifitas reseptor MIH pada membran oosit yang sejalan dengan peningkatan kemampuan maturasi pada spotted seatrout (Thomas, et al., 2002). Activin A, activin B, EGF dan TGFa merangsang kemampuan maturasi oosit pada folikel ovari zebrafish, sedangkan co-treatment substansi tersebut dengan follistatin, yang merupakan protein pengikat activin, dapat menekan pengaruh activin juga gonadotropin pada kemampuan induksi maturasi (Pang dan Ge dalam Patino dan Sulivan, 2002). Maturasi oosit ikan maskoki, dapat diinduksi oleh oestrogen sintetis diethylstilbestrol, yang merupakan bahan kimia pengganggu sistem endokrin (EDC, endocrine-disrupting chemical), seperti yang dapat dilakukan MIH alami 17a,20b-dihydroxy-4-pregnen-3-one (Tokumoto, et al., 2004).

Selama periode penerusan meiotik (maturasi akhir oosit), diperlukan perubahan-perubahan penting pada sitoplasma oosit untuk proses fertilisasi dan perkembangan embrio. Mengikuti proses awal vitellogenin masuk ke dalam protein telur selama pertumbuhan vitellogenin, proteolisis kedua terjadi selama penerusan meiotik yang serentak dengan hidrasi oosit pada tingkat yang luar biasa pada beberapa ikan laut dan perairan payau (Patino dan Sullivan, 2002). Proses proteolisis kedua pembelahan protein telur ini tidak berkaitan dengan proses GVBD (Carnevali, et al., 2006).

Selama proses hidrasi, terjadi peningkatan volume oosit dan kandungan air dari 50-70% pada oosit menjadi 90% pada telur (Thorsen, et al dalam Carnevali, et al., 2006). Asam amino bebas yang berasal dari lipovitellin, phosvitin dan komponen-b’ nampaknya berperan sebagai efektor osmotik yang mengatur hidrasi oosit dan membentuk pool nutrisi yang dapat berdifusi untuk mendukung perkembangan awal embrio (Patino dan Sullivan, 2002). Proteolisis telur selama maturasi oosit juga berhubungan dengan aktifasi enzim lisosom, diantaranya enzim cathepsin B, D dan L (Carnevali, et al., 2006).

II. Ovulasi

Pada kebanyakan ikan teleost, ovulasi dihubungkan dengan peningkatan sekresi GtH-II yang merangsang ovulasi sejumlah besar oosit (Peter dan Yu, 1997). Pada ikan maskoki, perubahan tingkat serum GtH-II berkorelasi dengan konsentrasi GnRH pada area otak pituitari selama periode preovulatori (Peter dan Yu, 1997). Injeksi in vivo pituitari homogen meningkatkan sensitifitas folikel ovari ikan mas terhadap progestin maturasi yang dikenal sebagai MIH (Jalalabert, et al. dalam Patino, et al., 2003). Injeksi gonadothropin (HCG, 100 IU/ikan) dapat menghasilkan rangsangan terhadap alur progestin dengan adanya peningkatan yang signifikan pada progesteron, 17-hydroxyprogesteron dan 17a,20b-dihydroxy-4-pregnen-3-one bersamaan dengan terjadinya proses ovulasi pada ikan lele (Heteropneustes fossilis) (Mishra dan Joy, 2006).

Berbeda dengan pada proses penerusan meiotik, pada ovulasi diperlukan aktifasi transkripsi MIH-dependent yang diatur oleh inti reseptor MIH (Patino dan Sullivan, 2002). Walaupun penerusan meiotik dapat diinduksi oleh beragam rangsangan dengan alur transduksi yang berbeda, induksi ovulasi lebih spesifik dan secara umum terbatas pada rangsangan peningkatan aktifitas protein kinase C (PKC) dan metabolisme asam amino. Sebagai contoh, IGF-I dapat merangsang terjadinya kemampuan maturasi dan penerusan meiotik tetapi tidak dapat merangsang ovulasi pada folikel ovari ikan red seabream (Patino dan Sullivan, 2002).

Menurut Patino, et al. (2003), MIH dapat berperan langsung merangsang ovulasi atau secara tidak langsung dengan merangsang faktor dari pituitari bertanggung jawab untuk menginduksi kemampuan folikel ovari untuk ovulasi. Peran tidak langsung MIH ditunjukkan pada percobaan Goetz dan koleganya. Peningkatan poduksi Prostaglandin F2a (PGF), yang dapat menginduksi ovulasi pada oosit matang pada ikan, terjadi pada inkubasi folikel ovari ikan yellow perch ketika diekspose pada MIH, 17a,20b-dihydroxy-4-pregnen-3-one (Goetz, et al. dalam Yaron, 1995).

Ovulasi berhubungan dengan adanya kerusakan pada germinal folikel (GVBD) dan pemecahan dan pelepasan oosit yang sudah matang (Patino dan Sullivan, 2002). Selain peran MIH, gonadothropin dan 2-hydroxyoestradiol juga dilaporkan dapat merangsang kemampuan ovulasi secara langsung. Inkubasi in vitro fragmen ovari ikan Atlantic croacker pada medium 5 IU hCG tanpa dilanjutkan dengan inkubasi pada MIH dapat tetap merangsang kemampuan pematangan oosit dan ovulasi (Patino, et al., 2003). Sedangkan inkubasi in vitro folikel utuh ikan lele pada medium 5 mM 2-hydroxyoestradiol dapat merangsang sintesis 17a,20b-dihydroxy-4-pregnen-3-one dan menghasilkan pengaruh signifikan pada GVBD (Mishra dan Joy, 2006).

Referensi

Carnevali, 2006. Role of cathepsins in ovarian follicle growth and maturation. General and Comparative Endocrinology, 146:195-203.
Mishra, 2006. Effects of gonadotrophin in vivo and 2-hydroxyoestradiol-17b in vitro on follicular steroid hormone profile associated with oocyte maturation in the catfish Heteropneustes fossilis. Journal of Endocrinology, 189:341-353.
Nagahama, 1987. 17?,20b-Dihydroxy-4-pregnen-3-one: a teleost maturation-inducing hormone. Develop. Growth and Differ., 29(l):1-12.
Patino, 2002. Ovarian follicle growth, maturation and ovulation in teleost fish. Fish Physiology and Biochemistry, 26:57-70.
Patino, 2003. Ovarian follicle maturation and ovulation: an integrated perspective. Fish Physiology and Biochemistry, 28:305-308.
Peter, 1997. Neuroendocrine regulation of ovulation in fishes: basic and applied aspects. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 7:173-197.
Thomas, 2002. Progestin membrane receptors involved in the meiotic maturation of teleost oocytes: a review with some new findings. Steroids, 67:511-517.
Tokumoto, 2004. Diethylstilbestrol induces fish oocyte maturation. PNAS, 101(10): 3686–3690.
Yaron, 1995. Endocrine control of gametogenesis and spawning induction in the carp. Aquaculture, 129:49-73.

“permintaan referensi yang dikutip harap menyertakan alamat karena tidak semua referensi tersedia dalam bentuk soft-file”

gangguan sistem endokrin pada spermiasisendocrine disrupter on spermiasis

Beberapa substansi kimiawi yang terdeteksi berada di lingkungan perairan dapat berpengaruh terhadap sistem endokrin organisme. Substansi yang dapat menggangu sistem endokrin (EDS, endocrine disrupting substance) tersebut diantaranya estrogen alami (17b-estradiol dan estron) dan estrogen sintetis (17a-ethynil estradiol) (Kavanagh, et al., 2004). Gangguan sistem endokrin yang dapat terjadi adalah adanya mekanisme “feminisasi” pada ikan jantan yaitu perubahan pada perkembangan duktus gonad, baik pembentukan rongga ovari seperti betina dan/atau keberadaan sel germ jantan dan betina pada gonad yang sama, peningkatan konsentrasi vitellogenin, perubahan pada perkembangan ginjal, gangguan fungsi imun dan menyebabkan kerusakan genotoksik (Liney, et al., 2005).

Adanya phenomena tersebut disinyalir akibat degradasi yang tidak lengkap pada sistem instalasi pengolahan air limbah, seperti yang dilaporkan terjadi di sungai-sungai di Eropa, Jepang dan Amerika (Liney, et al., 2005). Pengaruh substansi estrogenik teramati pada beberapa ikan liar yang mengalami perkembangan interseks yang tidak biasa seperti pada ikan roach (Rutilus rutilus), gudgeon (Gobio gobio), barbel (Barbus plebejus), shovelnose sturgeon (Scaphirhynchus platyorynchus), European flounder (Platichthyes flesus) dan Japanese flounders (Pleuronectes yokohamae) (Jobling, et al., 2002).

Menurut Sumpter dan Johnson (2005), 17b-estradiol (E2) dan 17a-ethynil estradiol (EE2) merupakan dua substansi yang paling poten yang dapat menyebabkan gangguan sistem endokrin. Potensi nyata EE2 dapat mencapai 20 kali lipat dibandingkan E2. Pada konsentrasi nanogram per mililiter EE2 telah dapat berpengaruh terhadap ikan. Penelitian di Belanda menunjukkan EE2 ditemukan pada konsentrasi <0.3 – 5.9 ng/L di limbah perkotaan dan <0.3 – 3.9 ng/L di limbah industri. Ekspose ikan rainbow (Oncorhynchus mykiss) jantan dewasa pada limbah perkotaan tersebut selama 12 – 17 hari telah menyebabkan adanya peningkatan konsentrasi vitellogenin plasma darah (Vethaak, et al., 2005).  Sedangkan pada ikan zebrafish (Danio rerio), ekspose ikan sejak fertilisasi hingga mencapai tahap reproduksi (umur 118 hari) pada EE2 3 ng/L dapat menyebabkan 100% individu menjadi betina (Fenske, et al., 2005).

Di Indonesia, sejauh ini belum ditemukan adanya laporan mengenai pengaruh limbah perkotaan terhadap gangguan endokrin pada ikan liar yang hidup di perairan umum. Potensi adanya gangguan tersebut akan lebih besar di sungai-sungai yang menerima limbah industri yang sangat tinggi, seperti Sungai Citarum, Jawa Barat. Secara laboratoris, potensi gangguan tersebut dapat diamati dengan ekspose ikan-ikan liar, misalnya ikan nilem, pada substansi yang mungkin dapat ditemukan di perairan umum, salah satunya ethynil estradiol.

Dari hasil pengamatan kepadatan sperma ikan nilem pada beberapa perlakuan injeksi EE2 belum dapat diindikasikan adanya perubahan kemampuan spermiasis ikan nilem. Hal ini diduga akibat terlalu pendeknya selang waktu injeksi dengan pengamatan spermiasis. Selain itu, sensitifitas terhadap estrogen juga bersifat spesifik-spesies (Vethaak, et al., 2005) sehingga dapat terjadi EE2 tidak berpengaruh terhadap ikan nilem. Kondisi seperti itu dilaporkan pada ikan roach yang sebelumnya tidak terekspose limbah kemudian setelah dewasa diekspose pada limbah dan ternyata tidak teramati adanya gangguan pada duktus reproduksinya (Liney, et al., 2005). Namun, perubahan mungkin terjadi bila dapat diamati pada level vitellogenin plasma darah seperti yang teramati pada ikan rainbow trout yang diekspose limbah pada selang waktu yang relatif pendek (selama 12 – 17 hari) dimana konsentrasi vitellogeninnya meningkat hampir dua kali lipat (Vethaak, et al., 2005).

baca tulisan lain tentang gangguan endokrin http://indoorcommunity.wordpress.com/2007/07/21/gangguan-endokrin-pada-lingkungan-akuatik/

Referensi

Kavanagh, 2004. Endocrine Disruption and Altered Gonadal Development in White Perch (Morone americana) from the Lower Great Lakes Region. Environmental Health Perspectives, 112(8):898-902

Liney, 2005. Assessing the Sensitivity of Different Life Stages for Sexual Disruption in Roach (Rutilus rutilus) Exposed to Effluents from Wastewater Treatment Works. Environmental Health Perspectives, 113(10):1299-1307

Jobling, 2002. Wild Intersex Roach (Rutilus rutilus) Have Reduced Fertility. Biology of Reproduction, 67:515-524.

Sumpter, 2005. Lessons from endocrine disruption and their Application to other issues concerning trace organics in the aquatic environment. Environmental Science & Technology, 39(12):4321-4332.

Fenske, 2005. An environmentally relevant concentration of estrogen induces arrest of male gonad development in zebrafish, Danio rerio. Environmental Toxicology and Chemistry, 24(5):1088-1098.

Vethaak, 2005. An integrated assessment of estrogenic contamination and biological effects in the aquatic environment of The Netherlands. Chemosphere, 59:511-524.

“Permintaan referensi harap disebutkan auhor dan judulnya secara spesifik”