Spermien finden die Eizelle mit Wärmesensoren

Ähnlich wie intelligente Raketen ein Flugzeug aufgrund der Hitze des Motors aufspüren, lassen sich Spermien von Temperaturunterschieden zum Ort der Befruchtung leiten. Das zeigt eine Studie des Weizmann Instituts, die in der aktuellen Ausgabe von Nature Medicine veroeffentlicht wird.

Die Stelle, an der sich die Eizelle befindet, ist etwas wärmer als der Ort, an dem die Spermien auf ihrer Reise durch den weiblichen Genitaltrakt eine Pause machen. Maennliche Samenzellen orientieren sich bei ihrer Navigation offensichtlich an diesem Temperaturunterschied. Solch ein temperaturgesteuerter Mechanismus war bereits bei Mikroorganismen und Wuermern bekannt, doch die Weizmann-Studie weist ihn erstmals bei Saeugetieren nach.

Teamleiter Prof. Michael Eisenbach von der Abteilung biologische Chemie des Instituts ist davon ueberzeugt, dass die Studie einen wichtigen Beitrag zum Verstaendnis des Befruchtungsvorganges beim Menschen und anderen Saeugetieren liefert. In
Zukunft könnte man die temperaturgesteuerte Navigation zur Verbesserung kuenstlicher Befruchtungstechnik nutzen. Ausgefuehrt wurde die Studie von der Doktorandin Anat Bahat in Zusammenarbeit mit der ebenfalls zu Prof. Eisenbachs Team gehoerenden Studentin Anna Gakamsky, Dr. Ilan Tur-Kaspa vom Barzilai-Krankenhaus in Ashkelon und Dr. Laura C. Giojalas, einer Gastwissenschaftlerin aus Argentinien.

Spermien gelangen ueber die Gebaermutter in den Eileiter. Dort heften sie sich an die Innenwand und machen eine Rast, wobei sie einen Reifungsprozess durchlaufen, der sie auf das Eindringen in die Eizelle vorbereitet. Eine Samenzelle, die diese Reifung vollzogen hat, löst sich von der Wand und verlaesst die Raststelle. Hat in den vorangegangenen 24 Stunden ein Eisprung stattgefunden und sich eine befruchtungsfaehige Eizelle aus dem Eierstock gelöst, macht sich das gereifte Spermium auf eine lange, komplizierte Reise durch den Eileiter, um zum Ort der Befruchtung zu gelangen.

Wie navigiert die Samenzelle durch den Eileiter? Zu einem frueheren Zeitpunkt schon hatte Prof. Eisenbach herausgefunden, dass die Eizelle die Reife Spermazelle ’ruft’, indem sie eine chemische Substanz freisetzt. (Die erste aus einer Serie von Studien von Prof. Eisenbach zu diesem Thema wurde in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A. 1991; 88:2840) veroeffentlicht). Das chemische Signal kann jedoch das Spermium nur aus einer kurzen Entfernung anlocken: Da sich der Eileiter normalerweise wellenartig bewegt, kann sich die chemische Substanz offensichtlich nicht wirksam durch den gesamten Eileiter verteilen, das Signal kann ueber weite Entfernungen das Spermium nicht erreichen. Die chemische Steuerung, ’Chemotaxis’ genannt, kann also nicht fuer die gesamte Reise des Spermiums massgeblich sein.

Manche mögen’s heiß

Was ermöglicht also dann den Samenzellen innerhalb weniger Minuten die grosse Entfernung zwischen der Raststelle und dem Ort der Befruchtung zu ueberwinden? Genau zu dieser Frage wollten Prof. Eisenbach und sein Team die Antwort finden. Da sich herausstellte, dass die Raststelle des Spermiums um ungefaehr 2°C kuehler ist als die Befruchtungsstelle, stellten die Forscher die Hypothese auf, dass das Spermium durch die Temperaturdifferenz zur Befruchtung gelockt wird. Der technische Ausdruck fuer diese Art von Steuerung ist ’Thermotaxis’.

Um diese These zu ueberpruefen, bauten die Wissenschaftler eine Laborinstallation mit simulierter Raststelle, einer Befruchtungsstelle und einer Verbindungsroehre. Sie testeten das Verhalten von Hasensperma in diesem System und fanden heraus, dass die Spermien tatsaechlich auf Waerme reagieren. Aus der relativ kuehlen Region mit einer Temperatur von 37°C liessen sie sich in die relativ warme Region mit 39°C locken. Als die Wissenschaftler die Temperaturdifferenz allmaehlich senkten, fanden sie heraus, dass selbst ein halbes Grad Unterschied ausreichte, um die Spermien anzulocken. Darueber hinaus stellten die Wissenschaftler fest, dass sich nur gereifte Spermien, also diejenigen, die auch wahrscheinlich in die Eizelle eindringen koennen, von der Temperatur leiten liessen.

Prof. Eisenbach dazu: ’Offensichtlich werden die Spermien auf einem Grossteil ihrer Reise durch den Eileiter durch Temperatur gesteuert. Wenn sie in die Naehe der Befruchtungsstelle gelangen, schalten sie auf Empfang fuer das chemische Signal der Eizelle.’

Bei einer weiteren Studie, die in Zusammenarbeit mit Prof. Haim Breitbart von der Bar-Ilan-Universitaet durchgefuehrt wurde, erreichten die Wissenschaftler aehnliche Ergebnisse mit menschlichen Spermien.

Prof. Eisenbach ist Inhaber des Jack-und-Simon-Djanogly-Lehrstuhls fuer die Biochemie von Kohlehydraten.