Taurin-Mangel in Spermien führt zu männlicher Unfruchtbarkeit

Spermien sind hochspezialisierte Zellen, die nur ein einziges Ziel haben: die Befruchtung einer Eizelle. Auf dem Weg zur Befruchtung müssen die Spermien eine lange Reise zum Eileiter des Weibchens antreten und dabei mehrere tödliche Belastungen vermeiden, die auftreten, wenn sie verschiedene physiologische Umgebungen durchlaufen. Die Vorgänge, die es den Spermien ermöglichen, unter diesen Bedingungen eine Befruchtung zu erreichen, sind jedoch nur teilweise verstanden. In einer im FEBS Journal veröffentlichten Studie berichten Forscher, dass sie einen Zellvolumenregulator in Spermien entdeckt haben, der eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung ihrer Form und Fruchtbarkeit spielt.

Taurin ist für den Befruchtungsprozess unerlässlich

Der größte Teil der Masse einer Zelle besteht aus Wasser, und dieses Wasser kann das Volumen einer Zelle bestimmen. Die Membran, die jede Zelle umgibt, ist undicht, sodass Zellen je nachdem, wie viel Wasser sie umgibt, überschüssiges Wasser aufnehmen oder abgeben können (ein Phänomen, das als „Osmose“ bekannt ist). Diese Eigenschaft ähnelt dem Verhalten eines Schwamms – wie bei einem Schwamm, der zu viel Wasser aufnimmt, können Änderungen des Wasserstands das Volumen und schließlich die Form einer Zelle drastisch verändern. „Zellen verfügen über Sensormechanismen, mit denen sie Veränderungen in ihrer osmotischen Umgebung ausgleichen können“, sagt der korrespondierende Autor Atsushi Asano, Assistenzprofessor an der Universität Tsukuba.“ Ohne diese Ausgleichssensoren würden Zellen übermäßige Volumenänderungen erfahren, die zu einem Membranriss oder anderen morphologischen Problemen führen würden. Diese Art von Sensor ist in Zellen recht häufig, aber wir waren überrascht, einen zu finden, der eine bedeutende Rolle für die Funktion von Samenzellen spielt.

Zuvor wurde festgestellt, dass männliche Mäuse, denen Cystein-Dioxygenase (CDO) fehlt, unfruchtbar sind. CDO ist ein Protein, das dafür bekannt ist, die Aminosäure Taurin herzustellen, die wiederum bekanntermaßen eine Rolle bei der Osmose spielt. Diese Fakten sind zwar nicht neu, aber die genaue Rolle von CDO und Taurin bei der Befruchtung ist seit langem umstritten. In der Studie bestätigten die Forscher, dass männliche Mäuse, denen CDO fehlt, tatsächlich eher unfruchtbar sind als ihre gesunden Artgenossen – in der Tat mehr als zehnmal so häufig. Sie stellten außerdem fest, dass der Taurinspiegel in den Spermien dieser Mäuse dramatisch abfiel. Dies deutete auf einen klaren Zusammenhang zwischen den beiden Defekten hin, war aber ein Rätsel bei diesen Ergebnissen: Spermien sind nicht in der Lage, Proteine, einschließlich CDO, herzustellen. Wie erhielten die Spermien dann das Taurin, das für ihre Funktion so wichtig war? Das Team entdeckte, dass die Spermien, anstatt ihr eigenes Taurin herzustellen, Taurin absorbierten, während sie den männlichen Genitaltrakt durchliefen. „Der Absorptionsprozess scheint eine wichtige Überlebensstrategie für Spermien während der Befruchtung zu sein, da reife Spermien selbst keine Proteine produzieren können“, sagt Co-Autor Ai Ushiyama. Die Ergebnisse überzeugten die Forscher davon, dass Taurin für den Befruchtungsprozess unerlässlich ist, aber sie mussten noch herausfinden, was genau Taurin in Spermien bewirkt.

Spermien vermeiden tödlichen osmotischen Stress, indem sie Taurin aufnehmen, während sie die männlichen Fortpflanzungsorgane durchlaufen

Die Forscher konzentrierten sich auf einen entscheidenden Hinweis, eine ungewöhnliche „Knickstelle“ am Ende des Spermiums. Bei Spermien von Mäusen mit CDO-Mangel war die Wahrscheinlichkeit, dass sie in einer Umgebung wie der Gebärmutter ein falsch geknicktes Ende aufwiesen, fast doppelt so hoch. Auffälligerweise verschwand der Defekt, wenn die Spermien mit zusätzlichem Taurin versorgt wurden. Diese Beobachtungen führten die Autoren zu dem Schluss, dass Taurin durch die Kontrolle der Osmose dazu beiträgt, die richtige Form der Spermien während der Befruchtung aufrechtzuerhalten.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Produktion von Taurin durch CDO im männlichen Fortpflanzungstrakt und seine Aufnahme durch Spermien entscheidende Mechanismen für die männliche Fruchtbarkeit sind“, so Asano abschließend. Die Forscher glauben, dass sich der Taurinspiegel in der Zelle verschiebt, während Spermien durch verschiedene osmotische Umgebungen wandern, um die Veränderung des Zellvolumens auszugleichen. Dadurch werden übermäßige Formveränderungen durch einen Zu- oder Abfluss von Wasser verhindert, sodass die Spermien die Befruchtung auch unter schwierigen Umweltbedingungen erfolgreich abschließen können.