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Sonntag, 26.03.2017
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Zu viel Kalzium schadet Spermien

Forscher finden neuen Regulationsmechanismus zur Entstehung funktionstüchtiger Spermien

Wissenschaftler haben einen bisher unbekannten Mechanismus identifiziert, der beim Heranreifen funktionstüchtiger Spermien im Nebenhoden eine entscheidende Rolle spielt. Die Experimente zeigen, dass nach Inaktivierung eines Kalziumkanals, der als TRPV6 bezeichnet wird, die Beweglichkeit und Fertilität von Spermien fast vollständig aufgehoben sind – zumindest bei Mäusen.
Spermium an Eizelle

Spermium an Eizelle

Die verminderte Fertilität beruht darauf, dass die Kalziumkonzentration in der Nebenhodenflüssigkeit, die über die TRPV6-Kanäle gesteuert wird, nicht auf das erforderliche Maß abgesenkt werden kann. Dadurch können sich kaum noch funktionsfähige Spermien entwickeln, berichten die Forscher des Homburger Instituts für Pharmakologie in der Fachzeitschrift „Science Signaling“.

Ob sich der dort beschriebene Mechanismus als „Pille für den Mann“ nutzen ließe, kann den Wissenschaftlern zufolge erst beantwortet werden, wenn Pharmaka verfügbar sind, die TRPV6-Kanäle spezifisch hemmen.

Männer oft schuld an Kinderlosigkeit


In Deutschland sind etwa 15 Prozent aller Paare ungewollt kinderlos, dabei liegen die Gründe zu 40 Prozent bei den Männern. Zur Entwicklung befruchtungsfähiger Spermien sind unterschiedliche Reifungs- und Aktivierungsprozesse notwendig. Spermien werden nach ihrer Entstehung im Hoden in den Nebenhodenkopf transportiert und wandern dann in den Nebenhodenschwanz, wo sie bis zur Ejakulation gespeichert werden.


Bislang wurden zahlreiche Mechanismen beschrieben, die zur Störung der Samenzellbildung oder Spermatogenese im Hoden oder zu einer eingeschränkten Beweglichkeit der Spermien im weiblichen Genitaltrakt führen. Dagegen ist über die Prozesse, die während der Passage der Spermien durch den Nebenhoden zur Entwicklung funktionstüchtiger Spermien beitragen, noch sehr wenig bekannt.

Kalziumionen spielen entscheidende Rolle


Klar ist aber, dass Kalziumionen dabei eine entscheidende Rolle spielen: Sie sind für die Fertilität von Spermien ein zentraler Botenstoff, ihre Konzentration wird sowohl in ihrem Zellinneren als auch in der umgebenden Flüssigkeit im Nebenhoden in engen Grenzen reguliert. Zum Beispiel ist es für die Funktionsfähigkeit der Spermien entscheidend, dass die Kalziumkonzentration in der Nebenhodenflüssigkeit im Verlauf des Nebenhodens um etwa das Vierfache abgesenkt wird.

TRPV6-Proteine, die Kalzium-leitende Kanäle bilden können, wurden vor zehn Jahren zunächst im Epithel von Dünndarm und Niere sowie in der Plazenta entdeckt. Da Pharmaka, die diese Kanäle spezifisch blockieren, zur Aufklärung der Funktion von TRPV6-Kanälen bislang nicht verfügbar sind, haben Pharmakologen der Universität des Saarlandes TRPV6-Kanäle mit einer genetischen Vorgehensweise inaktiviert, indem sie in Mäusen eine Aminosäure im Bereich der Kanalpore mutiert haben, die die Leitfähigkeit des Kanals für Ca2+ eliminiert.

Ergebnisse überraschen Forscher


Die Untersuchungen an diesen Mäusen zeigten anschließend einen völlig unerwarteten Befund: Männchen mit dieser Mutation im Trpv6-Gen brachten nach Angaben der Wissenschaftler fast keine Nachkommen hervor. In der Folge konnte Petra Weißgerber aus der Fachrichtung Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie zeigen, dass die Spermien dieser Mäuse in ihrer Beweglichkeit – Motilität - deutlich eingeschränkt und in Experimenten zur Befruchtung von isolierten Eizellen kaum noch fertil sind. Anschließend fand sie zudem heraus, dass der Anteil lebensfähiger Spermien nach Passage durch den Nebenhoden drastisch reduziert ist.

Basierend auf weiteren Experimenten von Dr. Ulrich Kriebs, der zusammen mit Kollegen der Universitäten Gießen und Freiburg TRPV6-Proteine erstmals in der Membran von Epithelzellen des Nebenhodens, nicht aber in Spermien selbst nachweisen konnte, zeigte Dr. Volodymyr Tsvilovskyy, dass TRPV6-Kanäle dafür verantwortlich sind, dass Kalziumionen über das Nebenhodenepithel aufgenommen werden. Einen direkten Einfluss auf die Spermienfunktion oder die Regulation der Ca2+-Konzentration in Spermien konnte er dagegen nicht feststellen.

Auf dem Weg zur Pille für den Mann?


Im Gegenzug zeigen diese Ergebnisse, dass die über TRPV6-Kanäle vermittelte Abnahme der Ca2+-Konzentration in der Nebenhodenflüssigkeit, die die Spermien während des tagelangen Reifungsprozess nach ihrer Entstehung im Hoden umgibt, notwendig ist, damit funktionsfähige Spermien im Nebenhoden gebildet werden können.

Derzeit sind die Homburger Pharmakologen auf der Suche nach Kooperationspartnern, um Pharmaka zu identifizieren, die in der Lage sind, TRPV6-Kanäle spezifisch zu hemmen. Die Frage, ob sich solche Medikamente zu einer effizienten Verhütung ungewollter Schwangerschaften als „Pille für den Mann“ eignen, lässt sich erst bei Verfügbarkeit solcher Substanzen beantworten. (Science Signaling, 2011; doi:10.1126/scisignal.2001791
(Universität des Saarlandes, 05.05.2011 - DLO)
 
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