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(00090) 28.03.2003 09:41

SCIENCE berichtet: Düfte locken Spermien zum Ei


Bochum, 28.03.2003
Nr. 90

Düfte locken Spermien zum Ei
Neue Möglichkeiten bei Kinderwunsch und zur Verhütung
SCIENCE berichtet: Riechrezeptor an Spermazellen entdeckt

Menschliche Spermien besitzen funktionsfähige Riechrezeptoren und werden
durch einen Maiglöckchen-ähnlichen Duft angelockt. Das konnten Bochumer
Forscher um Dr. Marc Spehr und Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt (Lehrstuhl
für Zellphysiologie, Fakultät für Biologie der RUB) erstmals nachweisen.
Sie fanden sogar einen blockierenden Duft, der die Geruchsorientierung
der Spermien ausschaltet. Diese Entdeckung eröffnet völlig neue Wege der
Empfängnisverhütung. Darüber berichtet das Wissenschaftsmagazin
„Science“ in der Ausgabe vom 28. März 2003.

Bilder im Internet

Bilder zu dieser Presseinformation finden Sie zum Herunterladen im
Internet: http://www.ruhr-uni-bochum.de/aktuell/spermien.htm .

Spermien schwimmen schnell zur Duftquelle

Die genauen zellulären und molekularen Mechanismen, wie menschliche
Spermien die Eizelle im Eileiter finden können, sind bis heute noch
unbekannt. Ein Team von RUB-Wissenschaftlern konnte zeigen, dass in
Spermien ein Riechrezeptor vorkommt, wie man ihn sonst nur in der Nase
findet. Das passende Duftmolekül, das riecht wie Maiglöckchen, induziert
eine Erhöhung der Schwimmgeschwindigkeit und lockt die Samenzellen zur
Duftquelle. Mit einem antagonistisch wirkenden Duftstoff können diese
Wirkungen komplett aufgehoben werden. „Unsere Arbeit identifiziert einen
grundlegend neuen molekularen Mechanismus für die Wegfindung der
Spermien, der die Erfolgsrate bei der künstlichen Befruchtung steigern,
aber auch für neue Modelle der Kontrazeption genutzt werden kann“, so
Prof. Hatt.

Zufallstreffer der Spermien sind sehr unwahrscheinlich

Die Wege der Samenzellen und des Eis sind im Eileiter entgegengesetzt.
Während die Samenzellen Eileiter aufwärts wandern, geht die Eizelle in
Richtung Gebärmutter. Spermien und Eizelle treffen einander idealerweise
im ersten Abschnitt des Eileiters, der sog. Ampulle. Dies erfordert aber
das richtige Timing. Die Spermien benötigen nach dem Einbringen in die
Scheide etwa ein bis zwei Stunden, um bis zur Ampulle zu gelangen. Von
den 300 Millionen Spermien, die die vaginale Startlinie überqueren,
nehmen nur etwa 200-300 erfolgreich die Hürden von Muttermund und
Gebärmutter (Zervix und Uterus). Den bis dahin Überlebenden steht dann
noch die strapaziöse Reise durch den unendlich langen Eileiter bevor.
Dabei stellen sich viele Hindernisse in den Weg. Sind die Zellen dann in
der richtigen Umgebung angelangt, ist ihre Spürnase wieder gefragt für
die Kurzstreckenführung zur Eizelle hin. Denn nur unter zur Hilfenahme
von chemischen Substanzen, die von der Eizelle abgegeben werden, lässt
sich ein Zusammentreffen von Spermium und Eizellen in den Weiten des
Eileiters erklären. Rein zufällig wäre ein Zusammentreffen sehr
unwahrscheinlich. Bereits vor etwa zehn Jahren konnte Prof. Hatt mit
einigen Kollegen zeigen, dass sich im Anfangsteil des Spermienschwanzes
Ionenkanäle befinden, die man mit ähnlicher Struktur und Funktion auch
in Riechzellen nachweisen kann (Nature, 1994). Eine offene Frage war
seitdem, wie diese Kanäle aktiviert werden, die für die
Richtungssteuerung der Spermien so entscheidend sind wie die Ruder bei
einem Schiff.

Spermien mögen Maiglöckchenduft ...

Die neuen Funde beweisen: Duftstoffe sind es, die einen Rezeptor in der
Spermienmembran aktivieren und dadurch eine biochemische
Verstärkungskaskade starten, die Spermien zu einer gezielten
Richtungsbewegung veranlasst. Am Lehrstuhl für Zellphysiologie der
Ruhr-Universität konnte das Team um Prof. Hatt (insbesondere Dr. Marc
Spehr, sowie Dr. Christian Wetzel, Dr. Günter Gisselmann und Dipl.-Biol.
Alexandra Poplawski) gemeinsam mit amerikanischen Kollegen (Dr. A.
Riffel, Prof. Dr. R. Zimmer) zeigen, dass ein Duftrezeptorprotein, das
normalerweise in der Nase zu finden ist, auch in der Membran von
Spermien vorkommt. Mit Hilfe von modernen molekularbiologischen
Techniken und vor allem bildgebenden Verfahren (Calcium-Imaging) gelang
es dieser Forschergruppe sogar, ein genaues molekulares Duftprofil zu
erstellen, mit dem dieser Rezeptor stimuliert werden kann. Als am besten
wirksame Düfte wurden Bourgeonal und Zyklamal entdeckt, zwei
synthetische Substanzen, die typischerweise benutzt werden, um den Duft
von Maiglöckchen industriell zu imitieren. Der Rezeptor ist sehr
spezifisch für bestimmte funktionale Bereiche des Moleküls, erlaubt aber
an anderen Positionen kleine Änderungen ohne wesentlichen Wirkverlust.
Ähnlich hohe Spezifität wurden von den Autoren vor zwei Jahren bereits
für den einzigen bisher bekannten menschlichen Rezeptor aus dem
Riechsystem, den „Helional“-Rezeptor beschrieben. Neben der sog.
rekombinanten Expression dieses Rezeptors 17-4 in menschlichen
embryonalen Nierenzellen, gelang es den Wissenschaftlern auch, diesen
Rezeptor in lebenden menschlichen Spermien über biochemische und
bildgebende Verfahren funktional nachzuweisen. Spermien reagieren mit
einer Kalziumerhöhung auf exakt das gleiche Duftprofil, das für den
rekombinanten exprimierten Rezeptor gezeigt wurde.

... blockierender Duft macht sie orientierungslos und langsam

Darüber hinaus machten die Forscher bei der Suche nach wirksamen
Duftsubstanzen eine weitere Aufsehen erregende Entdeckung: Sie fanden
einen Riechstoff, der als kompetitiver Blocker (Antagonist) am Rezeptor
17-4 wirkt. In seiner Gegenwart verliert der stimulierende Duft seine
Wirksamkeit. Die zentrale Frage war nun, ob und wie diese Duftstoffe das
Schwimmverhalten von Spermien beeinflussen. In Verhaltensversuchen an
menschlichen Spermien zeigte sich, dass sich die Samenzellen in ihrer
Schwimmrichtung exakt auf den Maiglöckchenduft (Bourgeonal) hin
orientieren und außerdem ihre Schwimmgeschwindigkeit verdoppeln. In
Gegenwart der blockierenden Substanz Undekanal war dieser Effekt nicht
zu sehen. Die Spermien schwammen wieder langsam ziellos umehr.

Erfolgreiche künstliche Befruchtung, sichere Verhütung

Mit diesen Ergebnissen ist es erstmals gelungen, eine Gruppe von
chemischen Substanzen zu identifizieren, die durch Aktivierung eines in
der Spermienmembran eingebauten Rezeptors gezielt Spermienbewegungen
steuern können. „Jetzt müssen wir nur noch diese Substanz in der
Follikelflüssigkeit oder in der Umgebung menschlicher Eizellen
nachweisen, dann ist der erste biologisch aktive Lockstoff für
menschliche Spermien gefunden“, spekuliert Professor Hatt. Der Einsatz
von Lockstoffen könnte von weitreichender Bedeutung für eine
erfolgreiche in vitro Fetilisations-Therapie sein, um kinderlosen
Ehepaaren zu ihrem Kinderwunsch zu verhelfen. Aber es besteht auch die
Hoffnung, durch Verwendung des blockierenden Duftes Ansätze für eine
neue, Frauen nicht belastende, völlig hormonfreie, empfängnisverhütende
Therapie zu entwickeln. „Man kann den Spermien sozusagen die Nase zu
halten und sie dadurch am Auffinden der Eizelle hindern“, meint Prof.
Hatt.

Die Suche nach Rezeptoren geht weiter

Jetzt sind die Bochumer Forscher noch weiteren Riechrezeptoren in
Spermien auf der Spur (vermutlich gibt es etwa zehn davon) und dabei zu
klären, ob verschiedene Düfte mit unterschiedlichen Wirkungen den
Spermien helfen, den beschwerlichen Weg vom Uterus bis zur Eizelle zu
finden.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt, Dr. Marc Spehr, Lehrstuhl für
Zellphysiologie, Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum,
44780 Bochum, ND 4/124, ND 4/130, Tel. 0234/32-24586/-26718, E-Mail:
hanns.hatt@ruhr-uni-bochum.de, marc.spehr@ruhr-uni-bochum.de ,
http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/299/5615/1993


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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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