Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sensibler geht's nicht - Wissenschaftler bei caesar entdecken außergewöhnlichen Ionenkanal in Spermien

30.10.2009
Für eine erfolgreiche Befruchtung müssen sich Eizelle und Spermium treffen. Das geschieht nicht zufällig: vielmehr lockt die Eizelle die Spermien aktiv an mit Hilfe von Lockstoffen. Die Lockstoffe weisen den Spermien den Weg zum Ziel.

Diesen Vorgang bezeichnet man als Chemotaxis. Das Anlocken funktioniert besonders gut bei Seeigeln, die ihre Eizellen und Spermien einfach ins Meerwasser abgeben. Dort, in der Weite des Ozeans, muss die Chemotaxis besonders effektiv sein.

Die Arbeitsgruppe von Professor Kaupp am Center of Advanced European Studies and Research (caesar) in Bonn entdeckte bereits 2003, dass Spermien des Seeigels Arbacia punctulata an der physikalischen Grenze der Empfindlichkeit arbeiten: sie können ein einzelnes Lockstoffmolekül detektieren und darauf reagieren.

In der aktuellen Ausgabe von Science Signalling berichtet das caesar-Team um Benjamin Kaupp wie Spermien so empfindlich auf einen chemischen Reiz antworten können.

Schlüssel zum Verständnis ist ein außergewöhnlicher Ionenkanal. Ionenkanäle bilden kleine Poren in der Zellmembran, quasi winzige Schleusen, durch die geladene Teilchen - Ionen - die Zellmembran überqueren können. Ionenkanäle sorgen dafür, dass Zellen elektrisch erregbar sind. Es gibt ganz verschiedene Kanaltypen: manche öffnen, wenn sich die Membranspannung ändert, und sie lassen nur eine Ionensorte passieren, beispielsweise Natrium-, Kalium- oder Calciumionen. Eine hochspezialisierte Kanalfamilie, die vor allem beim Sehen und Riechen eine bedeutende Rolle spielt, sind die sogenannten zyklisch Nukleotid-gesteuerten Kanäle (CNG-Kanäle). Sie werden durch kleine Botenstoffe cAMP oder cGMP (zyklische Nukleotide) aktiviert. CNG-Kanäle sind nicht sehr wählerisch; einmal aktiviert, lassen sie sowohl Natrium-, Kalium- als auch Calciumionen ein- oder ausströmen.

"Der Ionenkanal, den wir in Seeigel-Spermien entdeckt haben, ist völlig anders!", erzählt Dr. Wolfgang Bönigk, Biologe in Kaupps Team. "Er hat von jedem etwas und lässt sich keiner bisher bekannten Kanalfamilie zuordnen. Er ist wie ein typischer Calcium- oder Natriumkanal aufgebaut, lässt aber nur Kaliumionen passieren. Wie andere CNG-Kanäle besitzt er vier Bindestellen für zyklische Nukleotide."

Mit dem Andocken des Lockstoffmoleküls an seinen Rezeptor auf der Oberfläche des Spermiums nimmt die chemotaktische Reaktionskette ihren Lauf. Der Rezeptor erkennt nicht nur den Lockstoff, sondern synthetisiert im Spermium auch den Botenstoff cGMP. Der Botenstoff bindet sofort an den Ionenkanal und öffnet ihn. Dadurch wird das Spermium elektrisch erregt. Nach weiteren zellulären Reaktionen, bei denen Calciumionen eine entscheidende Rolle spielen, ändert sich das Schlagmuster des Schwanzes und somit die Schwimmrichtung.

Das besondere an dem Spermien-Kanal ist seine extrem hohe Empfindlicheit für cGMP: Er reagiert bereits auf nanomolare Konzentrationen - und ist damit fast 1.000 Mal empfindlicher als die klassischen CNG-Kanäle in Seh- und Riechzellen. Die enorme Empfindlichkeit ist aber auch nötig: Die Forscher konnten zeigen, dass nach der Bindung eines einzigen Lockstoffmoleküls nur ca. 50 cGMP-Moleküle synthetisiert werden - die cGMP-Konzentration steigt also nur sehr wenig an.

Die Wissenschaftler bei caesar weisen darauf hin, dass vor allem Nervenzellen und Sinneszellen, die Pheromone detektieren, mit hochempfindlichen Rezeptoren ausgestattet sind. Deshalb glauben sie, dass einzelne Moleküle diese Zellen ebenfalls elektrisch erregen können. Sie hoffen, dass ihre Arbeit an den Seeigelspermien die Forschung auf dem Gebiet der Chemosensorik stimuliert und zur Aufklärung der "supraempfindlichen" Signalwandlung in anderen Zellen beiträgt.

Originalveröffentlichung:

W. Bönigk, A. Loogen, R. Seifert, N. Kashikar, C. Klemm, E. Krause, V. Hagen, E. Kremmer, T. Strünker, U. B. Kaupp, An Atypical CNG Channel Activated by a Single cGMP Molecule Controls Sperm Chemotaxis. Sci. Signal. 2, ra68 (2009).

Stiftung caesar
Die Stiftung caesar ist assoziiert mit der Max-Planck-Gesellschaft und betreibt in Bonn ein Zentrum für neurowissenschaftliche Forschung. Die wissenschaftliche Arbeit erfolgt nach den Exzellenzkriterien der Max-Planck-Gesellschaft.

Sollten Sie Fragen haben, wenden Sie sich bitte an:

Stiftung caesar, Herr Dr. Jürgen Reifarth,
Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Telefon: +49(0)228/9656-107, Fax: +49(0)228/9656-111
E-mail: juergen.reifarth@caesar.de

Dr. Jürgen Reifarth | idw
Weitere Informationen:
http://www.caesar.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie