Nachrichten | Michigan State University identifiziert den „Energieschalter“ der Spermien und macht Fortschritte bei männlicher Verhütung und der Behandlung von Unfruchtbarkeit
Nachrichten | Michigan State University identifiziert einen „Energie-Schalter“ in Spermien und macht Fortschritte bei männlicher Verhütung und der Behandlung von Unfruchtbarkeit
Wissenschaftler der Michigan State University (MSU) haben einen wichtigen molekularen „Schalter“ identifiziert, der Spermien ermöglicht, zur Eizelle zu sprinten. Die Entdeckung könnte die Behandlung von Unfruchtbarkeit verändern und den Weg für sichere, nicht hormonelle Verhütungsmittel für Männer ebnen.
„Der Spermienstoffwechsel ist sehr einzigartig – sein einziger Zweck besteht darin, Energie für die Befruchtung bereitzustellen“, sagte die leitende Forscherin Dr. Melanie Balbach, Assistenzprofessorin am Department of Biochemistry and Molecular Biology der MSU.
Von „Ruhezustand“ zu „voller Geschwindigkeit“: Der Schlüsselmechanismus der Energieumwandlung in Spermien
Vor der Ejakulation befinden sich Säugetierspermien in einem energiearmen Zustand. Nach der Ejakulation werden sie im weiblichen Fortpflanzungstrakt allmählich aktiviert, beginnen kräftig zu schlagen und verändern ihre Zellmembranen, um sich auf das Eindringen in die Eizelle vorzubereiten.
Balbach erklärte: „Dieser schnelle Wechsel von niedriger zu hoher Energie findet nicht nur in Spermien, sondern in vielen Zelltypen statt. Spermien sind ein ideales Modell, um diese metabolische Neuprogrammierung zu untersuchen.“
Vor ihrem Wechsel zur MSU erlangte Balbach durch bahnbrechende Forschung während ihrer Postdoktorandenzeit bei Weill Cornell Medicine Aufmerksamkeit. Sie stellte fest, dass die Hemmung eines wichtigen Spermienenzyms bei Mäusen eine reversible, vorübergehende Unfruchtbarkeit auslöste – ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung einer nicht hormonellen männlichen Verhütung.
Wie Spermien „auftanken“: Eine neue Methode zur Stoffwechselverfolgung
Um herauszufinden, wie Spermien vor der Befruchtung beschleunigen, arbeitete das MSU-Team mit dem Memorial Sloan Kettering Cancer Center und dem Van Andel Institute zusammen, um eine fortschrittliche Methode zur Verfolgung des Glukosestoffwechsels zu entwickeln.
Durch die Verfolgung des chemischen Wegs der Glukose in Spermien beobachteten die Forschenden deutliche Unterschiede zwischen ruhenden und aktiven Spermien.
Balbach verwendete einen Vergleich: „Es ist, als würde man ein Autodach rosa anstreichen und eine Drohne einsetzen, um seine Route durch den Verkehr zu verfolgen. In aktivierten Spermien fährt dieses ‚rosa Auto‘ nicht nur schneller, sondern nimmt auch andere Wege, und wir können sogar sehen, wo es an ‚Kreuzungen‘ dazu neigt, stecken zu bleiben.“
Mithilfe der Einrichtungen der MSU für Massenspektrometrie und Metabolomik kartierte das Team den energieintensiven, mehrstufigen Stoffwechselweg, den Spermien auf ihrem Weg zur Eizelle benötigen. Eine wichtige Erkenntnis war, dass ein als **Aldolase** bezeichnetes Enzym maßgeblich daran beteiligt ist, Spermien bei der Umwandlung von Glukose in Energie zu unterstützen. Die Studie zeigte außerdem, dass Spermien zu Beginn ihrer Reise über gewisse interne Energiereserven verfügen.
Das Team stellte außerdem fest, dass bestimmte Enzyme wie „Verkehrsregler“ wirken und den Glukosefluss durch den Spermienstoffwechsel steuern, um eine gleichmäßige Energieversorgung aufrechtzuerhalten.
Neue Perspektiven für die Behandlung von Unfruchtbarkeit und die Entwicklung von Verhütungsmitteln
Balbachs Team wird als Nächstes untersuchen, wie Spermien verschiedene Energiequellen wie Glukose und Fruktose nutzen, um ihren Bedarf zu decken. Die Arbeit könnte die assistierte Reproduktionstechnologie (ART) und die Diagnose von Unfruchtbarkeit verbessern und zugleich neue Ansatzpunkte für eine nicht hormonelle Verhütung aufzeigen.
„Etwa einer von sechs Menschen weltweit ist von Unfruchtbarkeit betroffen“, sagte Balbach. „Die Untersuchung des Spermienstoffwechsels gibt uns die Möglichkeit, die Fruchtbarkeit zu verbessern und neue Verhütungsstrategien zu entwickeln.“
Die derzeitige Forschung zur männlichen Verhütung konzentriert sich meist auf die Blockierung der Spermienproduktion. Diese Methoden wirken langsam, lassen sich nicht bedarfsgerecht steuern und beruhen häufig auf Hormonen mit erheblichen Nebenwirkungen. Balbachs Team schlägt stattdessen vor, den Stoffwechsel von Spermien durch die Hemmung von Enzymen zu blockieren – für eine reversible, nicht hormonelle und bedarfsgerecht einsetzbare Verhütung mit theoretisch wenigen Nebenwirkungen.
Balbach sagte: „Etwa 50% der Schwangerschaften weltweit sind derzeit ungeplant. Mehr sichere und kontrollierbare Verhütungsmöglichkeiten für Männer würden die Gleichstellung der Geschlechter fördern und Frauen von der langfristigen Belastung durch hormonelle Verhütung entlasten.“
Die Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht und vom National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) finanziert.
Nachrichten | Michigan State University identifiziert den „Energieschalter“ der Spermien und macht Fortschritte bei männlicher Verhütung und der Behandlung von Unfruchtbarkeit
Nachrichten | Michigan State University identifiziert einen „Energie-Schalter“ in Spermien und macht Fortschritte bei männlicher Verhütung und der Behandlung von Unfruchtbarkeit
Wissenschaftler der Michigan State University (MSU) haben einen wichtigen molekularen „Schalter“ identifiziert, der Spermien ermöglicht, zur Eizelle zu sprinten. Die Entdeckung könnte die Behandlung von Unfruchtbarkeit verändern und den Weg für sichere, nicht hormonelle Verhütungsmittel für Männer ebnen.
„Der Spermienstoffwechsel ist sehr einzigartig – sein einziger Zweck besteht darin, Energie für die Befruchtung bereitzustellen“, sagte die leitende Forscherin Dr. Melanie Balbach, Assistenzprofessorin am Department of Biochemistry and Molecular Biology der MSU.
Von „Ruhezustand“ zu „voller Geschwindigkeit“: Der Schlüsselmechanismus der Energieumwandlung in Spermien
Vor der Ejakulation befinden sich Säugetierspermien in einem energiearmen Zustand. Nach der Ejakulation werden sie im weiblichen Fortpflanzungstrakt allmählich aktiviert, beginnen kräftig zu schlagen und verändern ihre Zellmembranen, um sich auf das Eindringen in die Eizelle vorzubereiten.
Balbach erklärte: „Dieser schnelle Wechsel von niedriger zu hoher Energie findet nicht nur in Spermien, sondern in vielen Zelltypen statt. Spermien sind ein ideales Modell, um diese metabolische Neuprogrammierung zu untersuchen.“
Vor ihrem Wechsel zur MSU erlangte Balbach durch bahnbrechende Forschung während ihrer Postdoktorandenzeit bei Weill Cornell Medicine Aufmerksamkeit. Sie stellte fest, dass die Hemmung eines wichtigen Spermienenzyms bei Mäusen eine reversible, vorübergehende Unfruchtbarkeit auslöste – ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung einer nicht hormonellen männlichen Verhütung.
Wie Spermien „auftanken“: Eine neue Methode zur Stoffwechselverfolgung
Um herauszufinden, wie Spermien vor der Befruchtung beschleunigen, arbeitete das MSU-Team mit dem Memorial Sloan Kettering Cancer Center und dem Van Andel Institute zusammen, um eine fortschrittliche Methode zur Verfolgung des Glukosestoffwechsels zu entwickeln.
Durch die Verfolgung des chemischen Wegs der Glukose in Spermien beobachteten die Forschenden deutliche Unterschiede zwischen ruhenden und aktiven Spermien.
Balbach verwendete einen Vergleich: „Es ist, als würde man ein Autodach rosa anstreichen und eine Drohne einsetzen, um seine Route durch den Verkehr zu verfolgen. In aktivierten Spermien fährt dieses ‚rosa Auto‘ nicht nur schneller, sondern nimmt auch andere Wege, und wir können sogar sehen, wo es an ‚Kreuzungen‘ dazu neigt, stecken zu bleiben.“
Mithilfe der Einrichtungen der MSU für Massenspektrometrie und Metabolomik kartierte das Team den energieintensiven, mehrstufigen Stoffwechselweg, den Spermien auf ihrem Weg zur Eizelle benötigen. Eine wichtige Erkenntnis war, dass ein als **Aldolase** bezeichnetes Enzym maßgeblich daran beteiligt ist, Spermien bei der Umwandlung von Glukose in Energie zu unterstützen. Die Studie zeigte außerdem, dass Spermien zu Beginn ihrer Reise über gewisse interne Energiereserven verfügen.
Das Team stellte außerdem fest, dass bestimmte Enzyme wie „Verkehrsregler“ wirken und den Glukosefluss durch den Spermienstoffwechsel steuern, um eine gleichmäßige Energieversorgung aufrechtzuerhalten.
Neue Perspektiven für die Behandlung von Unfruchtbarkeit und die Entwicklung von Verhütungsmitteln
Balbachs Team wird als Nächstes untersuchen, wie Spermien verschiedene Energiequellen wie Glukose und Fruktose nutzen, um ihren Bedarf zu decken. Die Arbeit könnte die assistierte Reproduktionstechnologie (ART) und die Diagnose von Unfruchtbarkeit verbessern und zugleich neue Ansatzpunkte für eine nicht hormonelle Verhütung aufzeigen.
„Etwa einer von sechs Menschen weltweit ist von Unfruchtbarkeit betroffen“, sagte Balbach. „Die Untersuchung des Spermienstoffwechsels gibt uns die Möglichkeit, die Fruchtbarkeit zu verbessern und neue Verhütungsstrategien zu entwickeln.“
Die derzeitige Forschung zur männlichen Verhütung konzentriert sich meist auf die Blockierung der Spermienproduktion. Diese Methoden wirken langsam, lassen sich nicht bedarfsgerecht steuern und beruhen häufig auf Hormonen mit erheblichen Nebenwirkungen. Balbachs Team schlägt stattdessen vor, den Stoffwechsel von Spermien durch die Hemmung von Enzymen zu blockieren – für eine reversible, nicht hormonelle und bedarfsgerecht einsetzbare Verhütung mit theoretisch wenigen Nebenwirkungen.
Balbach sagte: „Etwa 50% der Schwangerschaften weltweit sind derzeit ungeplant. Mehr sichere und kontrollierbare Verhütungsmöglichkeiten für Männer würden die Gleichstellung der Geschlechter fördern und Frauen von der langfristigen Belastung durch hormonelle Verhütung entlasten.“
Die Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht und vom National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) finanziert.
Quelle:
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