Amerikanische Wissenschaftler haben erstmals den elektrischen Strom in einer einzelnen Spermazelle gemessen und dabei genauer untersucht, wie der “Heckmotor” im Schwanz der Zelle aktiviert wird. Die Schlüsselrolle spielt dabei ein Protein namens CatSper. Es sorgt dafür, dass Kalzium in den Schwanz eines Spermiums fließen kann. Dort löst das Kalzium schnelle Bewegungen aus, die dem Samen genug Energie liefern, um in die Eizelle einzudringen.
Hat sich ein Spermium auf seinem Weg durch den weiblichen Geschlechtstrakt bis zur Eizelle vorgearbeitet, aktiviert es eine Art Heckmotor: Durch heftige Schläge mit dem Schwanz sammelt es genug Energie, um in das Ei zu gelangen. Schon seit längerem war bekannt, dass diese so genannte Hyperaktivierung auf Kalzium beruht, das aus anderen Teilen der Samenzelle in den Schwanz fließt.
Nun hat das Team um David Clapham vom Howard-Hughes-Medizin-Institut direkt gezeigt, was das CatSper-Eiweiß mit der Hyperaktivierung zu tun hat. Schon länger vermuteten Wissenschaftler, dass CatSper für die Bewegungsfähigkeit von Sperma mitverantwortlich ist. Frühere Versuche mit Sperma von Mäusen hatten gezeigt, dass Samenzellen ohne CatSper schlechte Schwimmer waren, die die Schutzbarriere der Eizelle nicht überwinden konnten. Daher glaubten Forscher schon länger an einen Zusammenhang zwischen CatSper und dem Kalziumfluss in den Spermaschwanz.
Clapham und seine Kollegen benutzten nun einzelne Samenzellen von normalen Mäuserichen mit CatSper und maßen den elektrischen Strom aus geladenen Kalzium-Teilchen, die bei der Hyperaktivierung in den Schwanz der Samenzelle fließen. Bei Spermien von Mäusen ohne das CatSper-Eiweiß hingegen war ein solcher Fluss von Kalzium-Ionen nicht nachweisbar. Damit hatten die Wissenschaftler direkt die Wirkung des Proteins demonstiert: CatSper-Eiweiße bilden einen Schlüsselkanal für die Kalzium-Ionen, die bei der Hyperaktivierung in den Schwanz wandern.
Außerdem fanden die Forscher heraus, dass der Laugegrad in dem Spermium beeinflusst, wie viel Kalzium durch die CatSper-Kanäle fließen kann. Als nächstes müsse nun untersucht werden, was den Laugegrad in der Zelle steuert. Eventuell reagiert das Spermium auf Signale der Eizelle, vermuten Clapham und seine Kollegen.
Die Wissenschaftler waren die ersten, denen eine Messung eines elektrischen Stroms an einem einzigen Spermium gelang. Mit ihrer neuen Methode könnten sie nun auch andere Kanalsysteme in Samenzellen untersuchen, so der Kommentar der Forscher.
Die Erkenntnisse über CatSper hingegen könnten interessant für die Entwicklung neuer Verhütungsmittel für Männer sein, glauben Clapham und sein Team. Ein solches Medikament müsste die CatSper-Kanäle gezielt blockieren, andere Leitungen für Kalzium jedoch geöffnet lassen.
David Clapham (Howard-Hughes-Medizin-Institut, Boston) et al.: Nature, Bd. 439, S.737 ddp/wissenschaft.de ? Anna-Lena Gehrmann
