Wissenschaftler puzzeln weiter an Verschmelzung zwischen Ei und Spermium

Schwedische Forscher konnten nun die Rätsel bei der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle zu Beginn der Befruchtung lösen und mit Erfolg die dreidimensionale Struktur (3D) eines Eirezeptors beschreiben. Die im Fachjournal Cell veröffentlichten Ergebnisse helfen, das Phänomen de...

Schwedische Forscher konnten nun die Rätsel bei der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle zu Beginn der Befruchtung lösen und mit Erfolg die dreidimensionale Struktur (3D) eines Eirezeptors beschreiben. Die im Fachjournal Cell veröffentlichten Ergebnisse helfen, das Phänomen der Unfruchtbarkeit besser zu verstehen und könnten zur Entwicklung neuer Arten von Empfängsnisverhütungsmitteln beitragen.

Die Forschungsarbeit wurde teilweise im ZP DOMAIN STRUCTURE-Projekt ("Structure determination of the zona pellucida domain by X-ray crystalloghy") finanziert, das eine Finanzhilfe von 40.000 EUR aus den Marie-Curie-Maßnahmen des Themenbereichs "Humanressourcen und Mobilität" des Sechsten EU-Rahmenprogramms (RP6) erhielt.

Die Menschen sind schon seit Jahrhunderten von der Begegnung der Keimzellen Ei und Spermium fasziniert, deren Vereinigung die Schaffung eines völlig neuen Organismus nach sich zieht. Die Wissenschaftler konnten bereits nachvollziehen, dass sich die Spermien während dieses Prozesses an Proteine in der extrazellulären Schicht der Eizelle, der sogenannten Zona pellucida (ZP) bei Säugetieren bzw. der Dotterhülle (Vitelline Envelope, VE) bei Nichtsäugern, anheften. Bisher blieben die molekularen Details dieses grundlegenden biologischen Ereignisses eher im Dunklen, aber dank der vorliegenden jüngsten Studie wird sich dies wohl nun ändern.

Die Forscher entdeckten unter Leitung von Luca Jovine vom Karolinska Institutet, Schweden, in Zusammenarbeit mit Professor Tsukasa Matsuda von der Universität Nagoya, Japan, und Dr. David Flot von der in Grenoble, Frankreich, ansässigen Europäischen Synchroton-Strahlungsanlage (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF) die 3D-Struktur des Rezeptormoleküls mit der Bezeichnung ZP3, das Spermien bindet. Detailliertes Wissen zur Struktur, das auf an der ESRF gesammelten Daten basiert, ermöglicht es dem Wissenschaftlerteam zufolge nun, auf molekularer Ebene mit der Erforschung der Frage zu beginnen, wie das Ei bei der Befruchtung mit den Spermien interagiert.

"Dreißig Jahre nach der Entdeckung von ZP3 liefert diese Arbeit strukturelle Informationen zu einer Ei-Protein-Region, die zu Beginn der Befruchtung direkt durch das Spermium erkannt wird", schreiben die Autoren. "Kombiniert mit Mutations- und in-vitro-Bindungsstudien bietet die Struktur Einblicke in viele Aspekte der Biologie von ZP3; angefangen von Sekretion und Polymerisation bis hin zur Wechselwirkung mit dem Spermium."

Die Studie deutet an, an welche Teile des Rezeptors das Spermium wahrscheinlich direkt anknüpft und legt neue Erkenntnisse dar, auf welche Weise der Spermienrezeptor vom Ei zusammengebaut und abgesondert wird. "Die Resultate ergeben ein außergewöhnliches Bild der weiblichen Seite der Befruchtung", teilt Dr. Jovine mit. "Aber das ist natürlich nur die halbe Wahrheit. Der nächste Schritt wird nun sein, sich mit den entsprechenden Molekülen am Spermium zu befassen, die diesem wiederum eine Bindung an die Eizelle gestatten."

Die Ergebnisse werden in der Tat wichtige Auswirkungen auf die menschliche Reproduktionsmedizin haben, da sie möglicherweise erklären, wie Mutationen im Spermienrezeptor-Gen Unfruchtbarkeit verursachen könnten, so die Forscher. Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass Antikörper gegen ZP-Proteine "leistungsfähige Instrumente bei der Verhinderung der Befruchtung bei Haustieren und Wildtieren, einschließlich Primaten" sein können. Schätzungsweise eines von sieben Paaren weltweit hat Fruchtbarkeitsprobleme. Deshalb würden Millionen Menschen jeglichen Fortschritt auf diesem Gebiet herzlich begrüßen.

Die Forschung könnte außerdem möglicherweise zur Entwicklung nichthormoneller Verhütungsmittel führen, die auf die Ei-Spermien-Wechselwirkung abzielen, erläutert das Team. Derartige Kontrazeptiva stellten eine attraktive Alternative zur traditionellen Antibabypille dar, die bereits vor 60 Jahren entwickelt wurde. Möglicherweise hätten diese neuartigen Verhütungsmittel dann weit weniger unerwünschte Nebenwirkungen.

Etliche Frauen, die die Pille einnehmen, klagen über Stimmungsschwankungen und Übelkeit und müssen mit einem höheren Risiko auf Blutgerinnsel und Bluthochdruck leben. Wie die Forscher betonen, wurde "in den letzten 50 Jahren keine völlig neuartige Methode der Empfängnisverhütung entwickelt, die dem Problem des stetigen Weltbevölkerungswachstums etwas entgegensetzen könnte."

Länder

Frankreich, Japan, Schweden