Schwerpunkt: „Reproduktionsmedizin“ - Tierärztliche Hochschule ...

24
Institut für Tierzucht der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft Mariensee (FAL)
Arbeitsgruppe Immunologie der TiHo
Zentrum für Frauenheilkunde und Zentrum für Anatomie der Georg-August-Universität Göttingen
Generell setzt die Positiv- wie die Negativselektion voraus, dass
sich Spermien-Subpopulationen in molekularen Strukturen unterscheiden,
die von anderen Zellen mittels Rezeptoren erkannt werden
können. Diese molekulare Basis der Unterscheidung könnte
auf der Expression von Lektinen oder deren Zielstrukturen (Zuckermotiven)
liegen. Lektine sind Zucker-bindende Proteine, die im Zentrum
eines komplexen Zuckermoleküls einen bestimmten Zucker
erwarten, um binden zu können. Zellen des Immunsystems erkennen
und beeinflussen sich gegenseitig über verschiedene Zucker-
Lektin-Bindungen. Solche Interaktionen spielen ebenfalls eine Rolle
bei der Bindung von Spermien an Epithelzellen des Eileiters und bei
der Bindung von Spermien an die zu befruchtenden Eier. Analysen
von Spermien und Granulozyten haben gezeigt, dass sie eine Vielzahl
unterschiedlicher Zuckermotive an der Oberfläche aufweisen.
Mit Hilfe fluoreszenzmarkierter Lektine können Veränderungen an
Spermien identifiziert werden (Abb. 5).
Die Oberflächenstrukturen von Granulozyten unterscheiden sich
nach ihrer Wanderung durch das Gewebe in das Uteruslumen beim
Rind und beim Schwein signifikant von denen aus dem Blut. Dies
betrifft bestimmte Adhäsionsmoleküle, Komplementrezeptoren,
Lektine wie auch einige von Lektinen erkannte Zuckermotive.
Gegenwärtig untersuchen wir, ob diese modulierten Zelloberflächenstrukturen
für die selektive Erkennung einzelner Spermienpopulationen
relevant sind, und welche Folgen dies für die gebundenen
Spermien sowie für die Zellen selbst hat.
Eine erhebliche Bedeutung kommt hier der vermittelnden Rolle von
Inhaltsstoffen des Seminalplasmas zu. Es gilt unter anderem, den
Widerspruch zwischen der vielfach publizierten massiven Phagozytose
von Spermien durch Granulozyten und dem hemmenden Einfluss
von Seminalplasma auf diese Zellfunktion zu klären. Hypothetisch
lässt sich die These formulieren, dass Komponenten des
Seminalplasmas anfangs dafür Sorge tragen, die Interaktionen zwischen
Granulozyten und Spermien nur transient zu gestalten. Dies
würde Zeit für eine subtilere Selektion von Spermien lassen und
andererseits die Zellen an einer zu frühen und zu massiven Produktion
reaktiver Sauerstoffprodukte (ROS, reactive oxygen species)
hindern. In vitro führten ROS-produzierende Granulozyten zu einer
gesteigerten Spermatozoenkapazitation, die durch die Zugabe von
Seminalplasma umgekehrt werden konnte. Reaktive Sauerstoffspezies,
zu früh und massiv gebildet, können die Motilität von Spermien
deutlich reduzieren, als auch für das Endometrium schädigende
Folgen haben.
Haben die regulierten Interaktionen zwischen Granulozyten und
Spermien zur Selektion der besten Spermien geführt, steht einer
effektiven Phagozytose der überzähligen Spermien nichts mehr im
Wege.
Ausblick
Die Gesamtreaktionen im Uterus nach Besamung bis zur Nidation
eines befruchteten Eies werden durch Spermien, Komponenten des
Seminalplasmas, Immunzellen und die Interaktionen dieser Komponenten
mit Endometriumszellen bestimmt. Die einzelnen Mechanismen
führen nicht nur zur Selektion von befruchtungsfähigen Spermien,
sondern schaffen ebenso ein Milieu, das durch das Vorherrschen
entzündlicher Mediatoren im Gewebe gekennzeichnet ist.
Dieses so genannte pro-inflammatorische Milieu scheint für die
Kontaktaufnahme zwischen befruchtetem Ei und der Uterusschleimhaut
essentiell zu sein und die Embryonenentwicklung zu
fördern. Überdies werden immunologische Folgeprozesse eingeleitet,
die sicherstellen, dass die sich entwickelnden Embryonen nicht
vom mütterlichen Immunsystem abgestoßen werden. In der
Summe sind dies äußerst komplexe, ineinander greifende Abläufe,
deren tiefere Kenntnis mittelfristig Schlussfolgerungen für biotechnologische
Ansätze zur Verbesserung der Befruchtungserfolge in
der Tierproduktion ermöglicht.
Abb. 5: Fluorochrom-markierte, zuckerbindende Lektine markieren in unterschiedlicher Weise membranintakte und membrangeschädigte porcine Spermien. Mit
Erdnussagglutinin (FITC-PNA) können 5 Spermien-Subpopulationen im Durchflusszytometer unterschieden werden (Kreise).