Welche Aufgaben Proteine im Sperma verschiedener Säugetiere haben, ist noch nicht vollständig erforscht. Wissenschaftler aus Berlin fanden jetzt ein bisher unbekanntes Protein in Schweinesperma und liefern auch schon eine Hypothese für seine Funktion.
Proteine sind ein wesentlicher Bestandteil der Samenflüssigkeit und spielen eine Rolle bei der Befruchtung. Einerseits schützen sie vermutlich die Spermien bei ihrer Wanderung zur Eizelle, andererseits vermitteln sie auch die Kommunikation der männlichen Keimzellen mit dem weiblichen Genitaltrakt und der Eizelle.
Fibronektin-Typ-II-Proteine dominieren vor allem bei Wiederkäuern, Hund und Mensch, während bei Pferd und Schwein vor allem Spermadhäsine auftreten. Bei den meisten anderen Tierarten sind die dominierenden Proteine noch weitgehend unbekannt. Um Fruchtbarkeitsprobleme besser zu verstehen und Techniken der assistierten Fortpflanzung wie die künstliche Besamung zu verbessern, leistet die Untersuchung solcher Proteine und ihrer Funktion also einen wichtigen Beitrag.
Da Experimente mit den natürlichen Proteinen schwer durchführbar sind, nutzten die Forscher die Möglichkeit, Proteine in gentechnisch veränderten Bakterien im Labor zu produzieren. „Solche Proteine wären dann auch bei Techniken der assistierten Fortpflanzung einsetzbar“, sagt Beate Braun, Wissenschaftlerin am Leibniz-IZW. Zunächst wurde ein Spermadhäsin, das „AWN“ (benannt nach den Buchstabencodes für die drei ersten Aminosäuren in der Eiweißkette: A = Alanin, W = Tryptophan, N = Asparagin), auf diesem Weg hergestellt.
Spermadhäsine besitzen die Fähigkeit, sich an andere Strukturen zu binden. Die molekularen Bindungspartnerstellen – insbesondere von Spermien – sind jedoch vielfältig und nicht gut bekannt. Obgleich Spermadhäsine untereinander bzw. mit anderen Proteinen Aggregate bilden, ist es unklar, ob sie, ähnlich wie die Fibronektin-Typ-II-Proteine, auch direkt an Lipide der Spermienhülle binden können. „Wir konnten jetzt erstmalig zeigen, dass das AWN-Protein in der Lage ist, eine elektrostatische Bindung zu negativ geladenen Lipiden aufzubauen. Das ist sehr bemerkenswert, da sich negative Lipide insbesondere auf Membranen im Innern von Zellen befinden. Bisher war aber nur eine Lokalisierung von AWN-Proteinen auf der Oberfläche des Spermienkopfes beschrieben worden“, erklärt Pascal Kroh, Doktorand am Leibniz-IZW.
Um sichtbar zu machen, ob sich AWN tatsächlich im Innern von Spermien befindet, ließ das Forschungsteam einen Antikörper gegen einen Teilabschnitt des natürlichen AWN herstellen. Fluoreszenz- und elektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigten tatsächlich das intrazelluläre Vorkommen von natürlichem AWN. Interessanterweise fanden die Wissenschaftler das Protein hauptsächlich im äquatorialen Kopf-Segment von Eberspermien, wo es bereits im Nebenhoden eingelagert wird. „Das passt, da AWN nicht nur Bestandteil der Samenflüssigkeit ist, sondern bereits im Hoden generiert wird“, sagt Pascal Kroh.
Simuliert man im Labor die Vorgänge, die die Spermien im weiblichen Geni-taltrakt auf die Befruchtung vorbereiten, bleibt das Protein im äquatorialen Spermien-Segment erhalten. „Das deutet darauf hin, dass das Spermadhäsin AWN auch bei der Fusion von Spermium und Eizelle eine Rolle spielen könnte“, vermutet Karin Müller, Reproduktionsbiologin am Leibniz-IZW.
Das Team wird diese Hypothese in weiteren Untersuchungen testen.
Dieser Artikel basiert auf einer Pressemitteilung des Leibniz Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW). Zur Originalpublikation kommt ihr hier.
Bildquelle: Kenneth Schipper Vera, unsplash
