Ein neuartiges Screening-System ermöglicht es Forschern, die Entwicklung und Gesundheit von Samenzellen auf molekularer Ebene zu untersuchen

Ein neuer Ansatz von Wissenschafltern an der Universität Kyoto, der in Cell Genomics veröffentlicht wurde, verspricht einen Durchbruch bei der Empfängnisverhütung und der Behandlung von männlicher Unfruchtbarkeit. Die von Professor Jun Suzuki vom Institut für Integrierte Zell-Material-Wissenschaften (iCeMS) geleitete Studie schließt eine kritische Lücke, indem sie direkt auf Gene in Hodenzellen innerhalb lebender Organismen abzielt.

Mit Hilfe eines genetischen Werkzeugs namens CRISPR, das mit einer genetischen Schere verglichen werden kann, entwickelten die Forscher eine Methode, um zu untersuchen, welche Gene zur gesunden Spermienproduktion in lebenden Tieren beitragen. Bislang wurde dies hauptsächlich an im Labor gezüchteten Zellen durchgeführt. Die Forscher störten wahllos Gene, indem sie eine Methode entwickelten, um eine Sammlung von genetischen Werkzeugen in Form von Lentiviren mit hoher Effizienz in Hodenzellen einzuführen. Mit dieser Methode konnten die Forscher die Auswirkungen gezielter Gene auf bestimmte biochemische Reaktionen in den Spermien, wie die Bewegung von Lipiden (Fetten) in den Zellmembranen, analysieren.

Welche Vorteile das neuartige Screening im Hinblick auf die männliche Fruchtbarkeit hat

Mit dieser Methode konzentrierte sich das Team auf Spermien mit fehlerhafter Kapazitation, einen Prozess, durch den Spermien fähig werden, eine Eizelle zu befruchten. Sie identifizierten diese Spermien, indem sie maßen, wie viel Kalzium sie aufnahmen. Durch die Anwendung dieser Methode bei lebenden Tieren konnten sie ein bestimmtes Gen, Rd3, identifizieren, das für die Aufrechterhaltung der Gesundheit der Samenzellen, insbesondere während der Entwicklung der Spermien, entscheidend ist. Obwohl Rd3 bisher mit der Funktion des Auges in Verbindung gebracht wurde, stellte das Team fest, dass es auch in den runden Samenzellen, einem frühen Stadium der Spermienproduktion, hoch aktiv ist und eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Gesundheit der Spermien spielt. Diese Entdeckung wurde möglich, indem untersucht wurde, wie Rd3 mit Mitochondrien interagiert, Strukturen, die für die Energieproduktion in Zellen verantwortlich sind.

Um die Funktion von Rd3 besser zu verstehen, entwickelten Suzuki und seine Kollegen den Hub-Explorer, ein computergestütztes Tool, das den Einfluss von Rd3 auf die Regulierung von oxidativem Stress aufzeigte – ein Zustand, der mit Zellschäden verbunden ist. Die Rolle von Rd3 bei der Regulierung von oxidativem Stress zeigte seine Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Spermienintegrität während der Entwicklung.

Während Frauen viele Möglichkeiten der Geburtenkontrolle zur Verfügung stehen, ist die Auswahl für Männer nach wie vor begrenzt. Diese neue Screening-Methode ist vielversprechend, da sie zur Entdeckung von Schlüsselmolekülen beiträgt, die möglicherweise zu neuen Verhütungsmethoden und Unfruchtbarkeitstherapien für Männer führen können. Diese Entdeckungen bringen laut den Forschern nicht nur unser Verständnis über die Spermienentwicklung voran, sondern zeigen auch das Potenzial, Geheimnisse in verschiedenen biologischen Prozessen aufzudecken. Die Methode kann auch auf andere Gewebe angewendet werden, was die Entwicklung von Medikamenten für eine Vielzahl von Krankheiten beschleunigen könnte.

Trotz dieser Fortschritte gibt es noch einige Herausforderungen. Die Forscher beobachteten einen allmählichen Rückgang der Zahl der Zellen mit gezielten Genen, was auf Verbesserungsmöglichkeiten hindeutet. Sie erforschen derzeit alternative Ansätze, um die Wirksamkeit ihrer Technik zu verbessern, und planen, sie zur Untersuchung verschiedener biologischer Prozesse und Krankheiten in anderen Bereichen des Körpers einzusetzen.