Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie finden Spermien ihr Ziel?

18.09.2006
Jülicher Forscher klären den chemotaktischen Signalweg in Spermien auf

Wie findet ein Spermium die Eizelle? Auf diese Frage fanden Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich neue Antworten. Mit besonderen Techniken konnten sie die Signalkette aufklären, die in Gang gesetzt wird, wenn ein Spermium eines Seeigels mit dem Lockstoff der Eizelle in Kontakt kommt.

Die Biophysiker fanden heraus, dass sich die Membranspannung ändert und in Folge Calcium von außen in das Spermium einströmt. Der Calciumeinstrom steuert das Schwimmverhalten der Spermien zur Eizelle hin. Die Forscher sind zuversichtlich, dass sie mit ihren neuen Techniken nun auch die Signalwege in menschlichen Spermien aufklären können. Die Ergebnisse sind in der Oktober-Ausgabe der renommierten Zeitschrift "Nature Cell Biology" veröffentlicht (Strünker et al. Advance Online Publication 10. September).

Eizellen setzen chemische Lockstoffe frei, die Spermien anlocken. Die Konzentration des Lockstoffs an der Eizelle ist hoch und nimmt mit zunehmender Entfernung ab. Spermien orientieren sich in diesem Lockstoffgradienten, der die Eizelle umgibt, und sind so in der Lage, die Eizelle aufzuspüren. Das Schwimmverhalten von Spermien wird durch einen chemischen Reiz gesteuert. "Diese Chemotaxis beobachtet man bei einfachen Meerestieren bis hin zum Menschen", erklärt Prof. U. Benjamin Kaupp, Direktor am Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Biophysik. "Die Lockstoffe binden an spezifische Rezeptorproteine auf der Spermienoberfläche und lösen zelluläre Reaktionen aus, die das Schwimmverhalten ändern." Wie der Signalweg von den Rezeptoren bis hin zur Änderung der Schwimmbahn abläuft, lag bisher weitgehend im Dunkeln.

Seit Jahren vermuten Wissenschaftler, dass Ionenkanäle bei diesem Prozess eine wichtige Rolle spielen. Diese mikroskopisch kleinen Poren in der Zellmembran ermöglichen Ionen - geladene Teilchen -, die Zellmembran zu passieren. Ionenströme sind entscheidend dafür, das elektrische Signale in Zellen entstehen und weitergeleitet werden, insbesondere in Nervenzellen. Die elektrischen Signale von Zellen werden normalerweise mit Hilfe von Mikroelektroden gemessen. Dies ist an schwimmenden Spermien aufgrund ihrer geringen Größe und ihrer Beweglichkeit nahezu unmöglich. "Wir konnten nun die elektrische Erregung in frei schwimmenden Spermien mit einer optischen Methode messen", erklärt Dr. Ingo Weyand. "Dazu werden Spermien einer Seeigel-Art mit speziellen spannungsempfindlichen Farbstoffen markiert und mit dem Lockstoff, einem kurzkettigen Eiweiß, schnell gemischt. Der Lockstoff bindet an ein Rezeptorprotein auf der Oberfläche der Spermien, welches wiederum einen zellulären Botenstoff (cyclo GMP) herstellt."

Die Wissenschaftler der Arbeitgruppe um Kaupp und Weyand fanden heraus, dass der Botenstoff cyclo GMP einen Ionenkanal öffnet, der auch beim Sehen und Riechen beteiligt ist. Der Ionenkanal in Spermien hat aber ungewöhnliche Eigenschaften, die ihn von den Kanälen in Seh- und Riechzellen unterscheiden. Er lässt nur Kalium-Ionen passieren. "Wenn der Kanal öffnet, strömen Kalium-Ionen aus der Spermienzelle und erzeugen elektrische Pulse, wie man sie aus Nervenzellen, insbesondere Sehzellen kennt", erklärt Weyand.

Der neue Ionenkanal konnte in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern vom Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie in Berlin erstmals an der Oberfläche des Spermienschwanzes nachgewiesen werden. Die Forscher entdeckten, dass der Kaliumausstrom weitere Ionenkanäle aktiviert, durch die Calciumionen in das Zellinnere der Spermien strömen. Der schnelle Calciumeinstrom bewirkt, dass die Spermien Wendemanöver durchführen und dadurch ihre Schwimmrichtung ändern.

"Die Signalwege in Sehzellen und Spermien sind erstaunlich ähnlich", zieht Kaupp eine interessante Schlussfolgerung. "Beide Zelltypen sind äußerst empfindlich und antworten schon auf ein einzelnes Lichtquant beziehungsweise Lockstoffmolekül." Der Botenstoff ist in beiden Fällen das cyclo GMP. Dieses reguliert in Sehzellen und Spermien Ionenkanäle, die zur gleichen Proteinfamilie gehören und mit ihrem elektrischen Signal eine gleiche Reaktion hervorrufen.

Die Forscher sind zuversichtlich, dass sie mit ihren neuen Techniken nun auch die Signalwege in menschlichen Spermien aufklären können. Erst wenn man die zellulären Signalwege genau versteht, kann man in den Prozess eingreifen. So könnte eine gezielte Blockierung der Signalkette im Spermium vielleicht zu einer Methode der Empfängnisverhütung beim Mann führen.

Über das Forschungszentrum Jülich Das Forschungszentrum Jülich ist mit rund 4 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern das größte multidisziplinäre Forschungszentrum in Europa. Seine Themen spiegeln die großen Herausforderungen der Gesellschaft wider: Erhalt von Gesundheit, Umgang mit Information, Schutz der Umwelt sowie Versorgung mit Energie. Langfristige, grundlagenorientierte und fächerübergreifende Beiträge zu Naturwissenschaft und Technik werden ebenso erarbeitet wie konkrete technologische Anwendungen für die Industrie. Charakteristisch für Jülich ist, dass sich die Forscher zwei zentraler Schlüsselkompetenzen bedienen: der Physik und des wissenschaftlichen Rechnens mit Supercomputern. Das 1956 gegründete Forschungszentrum Jülich ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft, dem Verbund der 15 nationalen Forschungszentren, die - bis auf wenige Ausnahmen - jeweils zu 90 % vom Bund und zu 10 % vom Sitzland finanziert werden.

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Berichte zu: Eizelle Ionenkanal Lockstoff Signalweg Spermien Spermium

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften