Die Nase der Spermien

Annika Triller erforscht Duftrezeptor-Proteine in Säugetierspermien

Schnell und zielgerichtet

Spätere Untersuchungen ergaben, dass Geruchsrezeptoren nicht nur in der Nase vorkommen, sondern auch in anderen Organen wie Hoden und Spermien. Auf dieser Basis gelang es 2003 einer Forschergruppe der RUB um Prof. Hanns Hatt und Dr. Marc Spehr (Lehrstuhl für Zellphysiologie), einen Duftstoff zu identifizieren, der in den Spermien sowohl Chemokinese als auch Chemotaxis auslöst: Die Spermien reagieren auf den Duftstoff demnach mit schnellerem (Chemokinese) und vor allem mit zielgerichtetem (Chemotaxis) Schwimmen zur Duftquelle. Bourgeonal heißt der damals identifizierte, synthetisch hergestellte Stoff, der dem Duft von Maiglöckchen sehr ähnlich ist. So konnten die Forscher belegen, dass Spermien bestimmte Riechrezeptoren haben (OR1D2) und von bestimmten Stoffen angeregt werden.
Auf Basis dieser Erkenntnis hat sich Annika Triller bereits in ihrer Diplomarbeit mit olfaktorischen Rezeptoren in Spermien beschäftigt. Sie hat versucht, weitere für Spermien attraktive Duftstoffe neben Bourgeonal zu finden. Tatsächlich hat sie dabei einen weiteren Rezeptor und auch den passenden Duftstoff gefunden, der die Spermien schneller schwimmen lässt. Allerdings schwimmen die Spermien dadurch nicht zielgerichteter.
In ihrer Promotion verfolgt Triller nun zwei Ziele: „Auf der einen Seite möchte ich neben den bereits bekannten Riechrezeptor-Proteinen weitere in den Spermien identifizieren, auf der anderen Seite suche ich nach einem natürlichen Duftstoff, auf den die Spermien reagieren.“ Da der den Maiglöckchen ähnliche Duft Bourgeonal synthetisch hergestellt und somit kein körpereigener Stoff ist, steht die Beantwortung der Fragen noch aus, durch welchen Duftstoff die Spermien im weiblichen Körper tatsächlich angezogen werden. Um das herauszufinden, arbeitet Triller mit körpereigenen Stoffen, die sie auf ihre chemische Struktur hin untersucht. Durch Strukturfunktionsanalysen sollen Gemeinsamkeiten in den Proteinen zwischen Bourgeonal und den natürlichen Körperstoffen identifiziert werden.
Bei der täglichen Laborarbeit untersucht Triller – neben Spermien – hauptsächlich sog. HEK-Zellen. Das sind Nierentumorzellen, die sich im Brutschrank kultivieren lassen. Ab einer bestimmten Zelldichte werden sie subkultiviert und erneut ausgesät, so dass immer neue Zellen für Untersuchungen zur Verfügung stehen. Im Unterschied dazu müssen Spermien immer frisch sein, da sie bei 37 Grad außerhalb des Körpers nur wenige Stunden für Versuche geeignet sind. HEK-Zellen haben zwar keine eigenen Geruchsrezeptoren, lassen sich aber mit bereits identifizierten Rezeptoren transfizieren, d. h. die HEK-Zellen erhalten fremde DNA. So kann man an ihnen simulieren, welche Rezeptoren auf welche Duftstoffe reagieren.

Immer kleinere Portionen

Um ein Rezeptor-Duftstoff-Pärchen zu finden, nutzt Triller ein bestimmtes Verfahren: „Ich beginne mit einer Duftstoffmischung aus 100 Substanzen. Reagiert der Rezeptor, teile ich die Mischung in immer kleinere Portionen auf, bis der entsprechende Duftstoff übrig bleibt.“ Erst, wenn hier ein passendes Pärchen gefunden ist, wird der Versuch auf die Spermien übertragen. Um sichtbar zu machen, ob die Rezeptoren den Duftstoff erkennen, nutzt sie das Calcium-Imaging-Verfahren, ein Bild gebendes Verfahren. In einem ersten Schritt werden die HEK-Zellen oder Spermien mit einem kalziumsensitiven Fluoreszenzfarbstoff etwa eine halbe Stunde lang beladen. War das Beladen erfolgreich, reagiert also ein Rezeptor auf einen Duftstoff, zeigen die transfizierten Zellen einen Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration, der durch einen Farbwechsel von Blau (niedrige Kalziumkonzentration) zu Rot (hohe Kalziumkonzentration) angezeigt wird.
Trillers Promotion ist Teil eines Förderprogramms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG): Dr. Marc Spehr leitet seit März 2006 im Rahmen des Emmy-Noether-Programms der DFG die Nachwuchsgruppe Chemosensorik sozialer Kommunikation, worunter neben Trillers auch fünf weitere Promotionsvorhaben am Lehrstuhl für Zellphysiologie zählen. Das Emmy-Noether-Programm hat seit 1999 330 Nachwuchswissenschaftler gefördert, um sie schnell in die wissenschaftliche Selbstständigkeit zu führen. Promovierte Forscher wie Marc Spehr erhalten die Möglichkeit, durch Leitung einer eigenen Nachwuchsgruppe die Qualifikation zum Hochschullehrer zu erwerben.

Infos zur Promotion von Annika Triller: annika.triller@rub.de; Infos zur Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe von Dr. Marc Spehr: http://www.rub.de/signaling/index.htm

Esser-Preise
Im Oktober 2008 hat Annika Triller einen der Esser-Preise gewonnen. Er ist mit einem Stipendium verbunden, mit dem sie ihre Dissertation finanziell sorgenfrei abschließen kann. Der Namensgeber der Stiftung und Ehrensenator der RUB, Günter Esser († 1998), gründete 1990 mit seinem Vater Wilhelm die Stiftung zur Förderung junger Forscher an der Ruhr-Universität. Zurzeit stellen wir in RUBENS die fünf aktuellen Preisträger/innen vor.