Ein Lockstoff-Molekül reicht für Spermienreaktion

Blockade der Signalkette könnte zur Empfängnisverhütung beim Mann führen

Neue Antworten gibt es auf die Frage, wie Spermien die Eizelle finden. Wie Biophysiker des Forschungszentrum Jülich herausgefunden haben, reicht bereits ein einziges Lockstoff-Molekül aus, um die Signalkette in Spermien in Gang zu setzen. Eine ähnlich hohe Empfindlichkeit ist bisher nur von Sehzellen bekannt, die durch ein einziges Lichtquant erregt werden können. Die Forscher wollen nun die Signalkette weiter aufklären, denn eine gezielte Blockade der Signalkette im Spermium könnte zu einer Empfängnisverhütung beim Mann führen. Die Ergebnisse erscheinen im Fachmagazin „Nature Cell Biology“.

Mit besonderen Techniken beobachtete die Arbeitsgruppe um Ulrich Benjamin Kaupp und Ingo Weyand vom Jülicher Institut für Biologische Informationsverarbeitung (IBI 1), was in den ersten Millisekunden geschieht, wenn ein Spermium mit dem Lockstoff in Kontakt kommt, der von der Eizelle abgesondert wird. Bislang konnte man erst nach mehreren Sekunden beobachten, wie Spermien auf den chemischen Lockstoff der Eizelle reagieren. Bei der neuen Methode wurden Spermien einer Seeigel-Art mit dem Lockstoff, einem kurzkettigen Eiweiß, schnell gemischt. Dieses Eiweiß wurde so verändert, dass es zunächst inaktiv ist. Erst durch einen UV-Blitz wird das Peptid photochemisch verändert, so dass es seine Wirkung entfaltet. Durch diesen Trick kann der Zeitpunkt, ab dem die Spermien dem Lockstoff ausgesetzt sind, bestimmt werden. Bindet das Eiweiß an ein Rezeptorprotein auf der Oberfläche der Spermien, wird in diesen cyclo GMP, ein Botenstoff, synthetisiert.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Konzentration des Botenstoffs cyclo GMP (zyklisches Guanosinmonophosphat) sehr rasch ansteigt, nachdem die Spermien mit dem Lockstoff gereizt wurden. Cyclo GMP öffnet einen Ionenkanal – eine mikroskopisch kleine Pore in der Zellmembran – und Calciumionen strömen in das Zellinnere des Spermiums. Unter einem Mikroskop verfolgten die Forscher, wie die Spermien ihre Schwimmbewegung ändern, wenn sie mit dem Lockstoff in Berührung kommen. Demzufolge schlägt der Spermien-Schwanz asymmetrischer und die Spermien führen Wendemanöver durch, nachdem das Calcium in die Zelle eingeströmt ist. Letztendlich sammeln sich die Spermien an der Lockstoff-Quelle. Ohne Lockstoff schlägt der Spermien-Schwanz regelmäßig und treibt die Zelle auf einer spiralförmigen Schwimmbahn vorwärts.