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Wie die Eizelle das Spermium erkennt

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Eizelle und Spermium – mit ihrer Begegnung hat auch unsere Lebensgeschichte einst begonnen. Wie das Spermium dabei die Eizelle erkennt, haben Forscher bereits vor einigen Jahren herausgefunden. Doch es fehlte bisher der zweite Partner in diesem folgenreichen Kontakt: der Spermiensensor der Eizelle. Diesen haben britische Forscher nun ausfindig gemacht. Fehlt der Eizelle dieser Rezeptor oder ist er blockiert, hat das Spermium keine Chance zur Verschmelzung. Das könnte auch neue Wege der Empfängnisverhütung eröffnen, wie die Forscher erklären.

„Die Befruchtung ist das entscheidende Ereignis in der sexuellen Fortpflanzung“, erklären Enrica Bianchi vom Wellcome Trust Sanger Institute in Hinxton und ihre Kollegen. Erst wenn Spermium und Eizelle zu einem neuen, genetisch von beiden verschiedenen Organismus verschmelzen, entsteht neues Leben. Den Weg zur Eizelle findet das Spermium dabei über chemische Lockstoffe. Unterwegs macht sich das Spermium schon mal zur Befruchtung bereit: Es enthüllt einen speziellen Rezeptor auf seiner Oberfläche, Izumo1 genannt. Fehlt ihm dieser „Schlüssel“, bleibt die Eizelle ihm verschlossen, das haben Forscher im Jahr 2005 entdeckt. Allerdings: Das weibliche Pendant zu diesem Rezeptor war bisher unbekannt – und damit das Schloss zu diesem Schlüssel der Spermien.

Spurensuche mit Membran-Genen

Bianchi und ihre Kollegen haben dieses „Schloss“ in der Membran der Eizelle nun mit Hilfe moderner biotechnischer Methoden identifiziert. Als erstes erzeugten sie dafür exakte Kopien des Spermienrezeptors Izoumo1. Diese ließen sie auf Eizellen von Mäusen los und überprüften so noch einmal, ob tatsächlich eine Bindung stattfand. Dann folgte die eigentliche Suche: Auf Basis von DNA-Bibliotheken klonten die Forscher immer kleiner werdende Einheiten der Eizellmembran und überprüften bei jedem Schritt, an welche sich die Izumo1-Rezeptoren anlagerten. Dies wurde so lange wiederholt, bis schließlich ein Molekül übrig blieb: der Folatrezeptor 4. Er ähnelt den Andockstellen, die im restlichen Körper für die Aufnahme von Folsäure wichtig sind. Welche Funktion er aber bei den Eizellen hat, war bisher unbekannt, wie die Forscher berichten.

Weitere Versuche zeigten, dass dieses Protein in der Membran der Eizelle tatsächlich keineswegs Folsäure bindet, sondern stattdessen perfekt wie ein Schloss zum Schlüssel zum Spermienrezeptor Izumo1 passt. Blockierten die Wissenschaftler dieses Protein bei Mäuseeizellen, fand keine Befruchtung statt. Die Spermien konnten sich nicht mit den Eizellen verbinden. „Wegen seiner Rolle in der Fortpflanzung haben wir dieses Protein ‚Juno‘ getauft- nach der römischen Göttin für Fruchtbarkeit und Hochzeit“, berichten die Forscher.

Schloss ist nur für ein Spermium offen

Juno spielt aber nicht nur eine wichtige Rolle beim gegenseitigen Erkennen von Spermium und Eizelle. Er könnte auch dafür verantwortlich sein, dass die Eizelle nach dem Kontakt mit dem ersten Spermium für alle weiteren verschlossen bleibt. Dafür sorgt spätestens 30 bis 45 Minuten nach Befruchtung ein Umbau der Membran. Versuche mit Mäuse-Eizellen zeigten, dass auch Juno nach der Befruchtung rapide aus der Eihülle verschwindet. „40 Minuten nach der Befruchtung ist Juno nicht mehr in der Eizell-Membran nachweisbar – das passt exzellent zum Timing des Membran-Blocks“, erklären Bianchi und ihre Kollegen.

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Damit ist nun erstmals das Schlüssel-Schloss-System vollständig identifiziert, über das sich unsere Keimzellen erkennen – und damit ein entscheidendes Glied in der Kette der Ereignisse, die neues Leben entstehen lässt. Dies könnte auch dabei helfen, künftig neue Wege der Empfängnisverhütung zu entwickeln, konstatieren Bianchi und ihre Kollegen: Indem man diesen entscheidenden Rezeptor einfach lahmlegt. Eingriffe in den Hormonhaushalt wie bei der Pille könnten damit eines Tages sogar überflüssig werden.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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