Nachrichten | Studie der Universität Osaka identifiziert wichtigen Proteinkomplex für die Spermienmorphologie und liefert neue Erkenntnisse zu männlicher Unfruchtbarkeit und Verhütung
Nachrichten | Studie der Universität Osaka identifiziert wichtigen Proteinkomplex für die Spermienmorphologie und liefert neue Erkenntnisse zu männlicher Unfruchtbarkeit und Verhütung
Jeder Entwicklungsschritt im menschlichen Fortpflanzungssystem wird durch molekulare Mechanismen streng reguliert. Ein institutionsübergreifendes, von der Universität Osaka in Japan geleitetes Team hat erstmals gezeigt, wie das Zusammenspiel zweier wichtiger Proteine die Spermienmorphologie prägt. Die bevorstehende PNAS-Studie ergab, dass eine Funktionsstörung dieses Proteinkomplexes den Spermienkopf verformt und männliche Unfruchtbarkeit verursacht.
„Wir wissen, dass die Spermienbildung äußerst komplex ist und die Kondensation des Zellkerns, die Schwanzbildung und die Umgestaltung des Kopfes umfasst“, sagte der Erstautor Yuki Kaneda von der Universität Osaka. „Viele der molekularen Mechanismen, die diesen Prozess bestimmen, sind jedoch noch unbekannt.“
Um die Ursachen einer abnormalen Spermienmorphologie zu identifizieren, schaltete das Team zunächst bei Mäusen TEX38 aus, ein hauptsächlich in den Hoden exprimiertes Protein. Die von diesen Mäusen produzierten Spermien hatten stark nach hinten gekrümmte Köpfe und konnten sich nicht normal befruchten, was zu Unfruchtbarkeit führte.
Um zu verstehen, warum TEX38 für die Spermienmorphologie entscheidend ist, untersuchten die Forschenden seine Wechselwirkungspartner. Sie stellten fest, dass TEX38 eng mit einem weiteren Protein-Enzym, ZDHHC19, zusammenarbeitet. Mäuse, denen eines der beiden Proteine fehlte, produzierten Spermien mit derselben Fehlbildung des gekrümmten Kopfes. Wenn eines der Proteine fehlte, nahm auch die Expression des anderen deutlich ab.
Masahito Ikawa, leitender Professor und Reproduktionsbiologe am Research Institute for Microbial Diseases der Universität Osaka, sagte: „Wir haben festgestellt, dass TEX38 und ZDHHC19 in hohem Maße voneinander abhängig sind. Sie kommen gemeinsam in sich entwickelnden Spermien vor und müssen koordiniert zusammenarbeiten, damit Spermien mit normaler Struktur entstehen.“
ZDHHC19 ist ein Enzym, das an der S-Palmitoylierung beteiligt ist, bei der Proteinen Lipide hinzugefügt werden, um ihre Funktion zu regulieren. Die Forschenden bestätigten, dass ZDHHC19 ARRDC5, ein für die Spermienentwicklung essenzielles Protein, durch Lipidmodifikation verändert. Wird dieser Prozess gestört, entwickelt der Spermienkopf dieselbe Fehlbildung wie bei einem Mangel an TEX38: Er kann überschüssiges Zytoplasma nicht entfernen, und die Entwicklung scheitert.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass TEX38 und ZDHHC19 einen stabilen Komplex bilden, der die Lipidmodifikation wichtiger Proteine während der Ausbildung der Spermienmorphologie reguliert“, schloss Kaneda.
Da die Struktur und Morphologie der Spermien ihre Beweglichkeit und Befruchtungsfähigkeit direkt beeinflussen, liefert die Studie neue Einblicke in die molekularen Ursachen männlicher Unfruchtbarkeit und mögliche künftige Strategien zur Empfängnisverhütung für Männer. So könnte die gezielte Beeinflussung der Lipidmodifikation des Komplexes eine umkehrbare Verhütung ermöglichen, ohne den Hormonspiegel zu verändern.
Nachrichten | Studie der Universität Osaka identifiziert wichtigen Proteinkomplex für die Spermienmorphologie und liefert neue Erkenntnisse zu männlicher Unfruchtbarkeit und Verhütung
Nachrichten | Studie der Universität Osaka identifiziert wichtigen Proteinkomplex für die Spermienmorphologie und liefert neue Erkenntnisse zu männlicher Unfruchtbarkeit und Verhütung
Jeder Entwicklungsschritt im menschlichen Fortpflanzungssystem wird durch molekulare Mechanismen streng reguliert. Ein institutionsübergreifendes, von der Universität Osaka in Japan geleitetes Team hat erstmals gezeigt, wie das Zusammenspiel zweier wichtiger Proteine die Spermienmorphologie prägt. Die bevorstehende PNAS-Studie ergab, dass eine Funktionsstörung dieses Proteinkomplexes den Spermienkopf verformt und männliche Unfruchtbarkeit verursacht.
„Wir wissen, dass die Spermienbildung äußerst komplex ist und die Kondensation des Zellkerns, die Schwanzbildung und die Umgestaltung des Kopfes umfasst“, sagte der Erstautor Yuki Kaneda von der Universität Osaka. „Viele der molekularen Mechanismen, die diesen Prozess bestimmen, sind jedoch noch unbekannt.“
Um die Ursachen einer abnormalen Spermienmorphologie zu identifizieren, schaltete das Team zunächst bei Mäusen TEX38 aus, ein hauptsächlich in den Hoden exprimiertes Protein. Die von diesen Mäusen produzierten Spermien hatten stark nach hinten gekrümmte Köpfe und konnten sich nicht normal befruchten, was zu Unfruchtbarkeit führte.
Um zu verstehen, warum TEX38 für die Spermienmorphologie entscheidend ist, untersuchten die Forschenden seine Wechselwirkungspartner. Sie stellten fest, dass TEX38 eng mit einem weiteren Protein-Enzym, ZDHHC19, zusammenarbeitet. Mäuse, denen eines der beiden Proteine fehlte, produzierten Spermien mit derselben Fehlbildung des gekrümmten Kopfes. Wenn eines der Proteine fehlte, nahm auch die Expression des anderen deutlich ab.
Masahito Ikawa, leitender Professor und Reproduktionsbiologe am Research Institute for Microbial Diseases der Universität Osaka, sagte: „Wir haben festgestellt, dass TEX38 und ZDHHC19 in hohem Maße voneinander abhängig sind. Sie kommen gemeinsam in sich entwickelnden Spermien vor und müssen koordiniert zusammenarbeiten, damit Spermien mit normaler Struktur entstehen.“
ZDHHC19 ist ein Enzym, das an der S-Palmitoylierung beteiligt ist, bei der Proteinen Lipide hinzugefügt werden, um ihre Funktion zu regulieren. Die Forschenden bestätigten, dass ZDHHC19 ARRDC5, ein für die Spermienentwicklung essenzielles Protein, durch Lipidmodifikation verändert. Wird dieser Prozess gestört, entwickelt der Spermienkopf dieselbe Fehlbildung wie bei einem Mangel an TEX38: Er kann überschüssiges Zytoplasma nicht entfernen, und die Entwicklung scheitert.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass TEX38 und ZDHHC19 einen stabilen Komplex bilden, der die Lipidmodifikation wichtiger Proteine während der Ausbildung der Spermienmorphologie reguliert“, schloss Kaneda.
Da die Struktur und Morphologie der Spermien ihre Beweglichkeit und Befruchtungsfähigkeit direkt beeinflussen, liefert die Studie neue Einblicke in die molekularen Ursachen männlicher Unfruchtbarkeit und mögliche künftige Strategien zur Empfängnisverhütung für Männer. So könnte die gezielte Beeinflussung der Lipidmodifikation des Komplexes eine umkehrbare Verhütung ermöglichen, ohne den Hormonspiegel zu verändern.
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