In einer neuen, vom Karolinska Institutet geleiteten Studie stellten Forschende fest, dass sich nach der Befruchtung einer Eizelle ihre umgebende Hülle verdichtet und dadurch mechanisch verhindert, dass weitere Spermien eindringen, was einen späteren Embryonentod verhindert. Die Studie erklärt außerdem, wie Mutationen in Proteinen der Eizellhülle zu weiblicher Unfruchtbarkeit führen können und letztlich neue Verhütungsmethoden ermöglichen könnten. Die Studie wurde in Cell veröffentlicht.
Die Befruchtung bei Säugetieren beginnt, wenn sich ein Spermium an die Eizellhülle anheftet, eine faserige extrazelluläre Hülle, die es durchdringen muss, um mit der Eizelle zu verschmelzen. Ein internationales Team hat nun die Struktur und Funktion von ZP2 detailliert kartiert, einem Schlüsselbestandteil der Fasern der Eizellhülle, der die Wechselwirkungen zwischen Eizelle und Spermien während der Befruchtung reguliert.
„Wir wussten, dass ZP2 gespalten wird, nachdem das erste Spermium in die Eizelle eingedrungen ist, und erklären nun, wie dieses Ereignis die Eizellhülle verhärtet und sie für andere Spermien undurchlässig macht“, sagte Luca Jovine, Professor am Department of Biosciences and Nutrition des Karolinska Institutet, der die Studie leitete. „Dadurch wird Polyspermie verhindert – die Verschmelzung mehrerer Spermien mit einer Eizelle –, die für den Embryo tödlich ist.“
Veränderungen der Eizellhülle nach der Befruchtung sind auch für die weibliche Fruchtbarkeit entscheidend, da sie den sich entwickelnden Embryo bis zur Einnistung in die Gebärmutter schützen. Diese Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung nicht hormoneller Verhütungsmittel helfen, die die Bildung der Eizellhülle stören. Die Studie erklärt außerdem Formen weiblicher Unfruchtbarkeit, die mit der Eizellhülle zusammenhängen.
„Mutationen in Genen, die Proteine der Eizellhülle codieren, können weibliche Unfruchtbarkeit verursachen, und immer mehr solcher Mutationen werden identifiziert“, erklärte Luca Jovine. „Wir hoffen, dass unsere Forschung die Diagnose weiblicher Unfruchtbarkeit unterstützen und möglicherweise dazu beitragen kann, ungewollte Schwangerschaften zu verhindern.“
Wichtig ist auch, dass die Studie zeigte, dass ein Bereich von ZP2, der bisher als Spermienrezeptor galt, für die Anheftung von Spermien an die Eizelle nicht erforderlich ist. Dies wirft die Frage auf, welches der tatsächliche Spermienrezeptor auf der Eizellhülle ist; die Forschenden wollen dies weiter untersuchen.
Die Forschenden kombinierten Röntgenkristallografie und Kryo-Elektronenmikroskopie, um die 3D-Struktur der Proteine der Eizellhülle zu untersuchen. Funktionelle Studien an Mäusen analysierten die Wechselwirkungen zwischen Spermien und Eizellen mit ZP2-Mutationen, während das KI-Programm AlphaFold zur Vorhersage der Struktur der menschlichen Eizellhülle eingesetzt wurde.
Die Studie wurde gemeinsam mit der Osaka University und der Sophia University in Japan sowie der University of Pittsburgh in den USA durchgeführt; verwendet wurden Daten, die am SciLifeLab sowie an den Synchrotrons ESRF, DLS und BESSY II erhoben wurden.
Nachrichten | Karolinska Institutet zeigt, wie die Eizelle den Eintritt von Spermien kontrolliert
In einer neuen, vom Karolinska Institutet geleiteten Studie stellten Forschende fest, dass sich nach der Befruchtung einer Eizelle ihre umgebende Hülle verdichtet und dadurch mechanisch verhindert, dass weitere Spermien eindringen, was einen späteren Embryonentod verhindert. Die Studie erklärt außerdem, wie Mutationen in Proteinen der Eizellhülle zu weiblicher Unfruchtbarkeit führen können und letztlich neue Verhütungsmethoden ermöglichen könnten. Die Studie wurde in Cell veröffentlicht.
Die Befruchtung bei Säugetieren beginnt, wenn sich ein Spermium an die Eizellhülle anheftet, eine faserige extrazelluläre Hülle, die es durchdringen muss, um mit der Eizelle zu verschmelzen. Ein internationales Team hat nun die Struktur und Funktion von ZP2 detailliert kartiert, einem Schlüsselbestandteil der Fasern der Eizellhülle, der die Wechselwirkungen zwischen Eizelle und Spermien während der Befruchtung reguliert.
„Wir wussten, dass ZP2 gespalten wird, nachdem das erste Spermium in die Eizelle eingedrungen ist, und erklären nun, wie dieses Ereignis die Eizellhülle verhärtet und sie für andere Spermien undurchlässig macht“, sagte Luca Jovine, Professor am Department of Biosciences and Nutrition des Karolinska Institutet, der die Studie leitete. „Dadurch wird Polyspermie verhindert – die Verschmelzung mehrerer Spermien mit einer Eizelle –, die für den Embryo tödlich ist.“
Veränderungen der Eizellhülle nach der Befruchtung sind auch für die weibliche Fruchtbarkeit entscheidend, da sie den sich entwickelnden Embryo bis zur Einnistung in die Gebärmutter schützen. Diese Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung nicht hormoneller Verhütungsmittel helfen, die die Bildung der Eizellhülle stören. Die Studie erklärt außerdem Formen weiblicher Unfruchtbarkeit, die mit der Eizellhülle zusammenhängen.
„Mutationen in Genen, die Proteine der Eizellhülle codieren, können weibliche Unfruchtbarkeit verursachen, und immer mehr solcher Mutationen werden identifiziert“, erklärte Luca Jovine. „Wir hoffen, dass unsere Forschung die Diagnose weiblicher Unfruchtbarkeit unterstützen und möglicherweise dazu beitragen kann, ungewollte Schwangerschaften zu verhindern.“
Wichtig ist auch, dass die Studie zeigte, dass ein Bereich von ZP2, der bisher als Spermienrezeptor galt, für die Anheftung von Spermien an die Eizelle nicht erforderlich ist. Dies wirft die Frage auf, welches der tatsächliche Spermienrezeptor auf der Eizellhülle ist; die Forschenden wollen dies weiter untersuchen.
Die Forschenden kombinierten Röntgenkristallografie und Kryo-Elektronenmikroskopie, um die 3D-Struktur der Proteine der Eizellhülle zu untersuchen. Funktionelle Studien an Mäusen analysierten die Wechselwirkungen zwischen Spermien und Eizellen mit ZP2-Mutationen, während das KI-Programm AlphaFold zur Vorhersage der Struktur der menschlichen Eizellhülle eingesetzt wurde.
Die Studie wurde gemeinsam mit der Osaka University und der Sophia University in Japan sowie der University of Pittsburgh in den USA durchgeführt; verwendet wurden Daten, die am SciLifeLab sowie an den Synchrotrons ESRF, DLS und BESSY II erhoben wurden.
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