Wissenschaftler wissen schon lange, dass das Aktivitätsniveau von Spermien von ihrem inneren pH-Wert abhängt. Und jetzt – nach vielen Jahren der Suche – haben Forscher, wie sie in der Ausgabe vom 5. Februar der Zeitschrift Cell berichten, endlich den Kanal gefunden, der es den winzigen Zellen ermöglicht, sich von Protonen zu befreien. Einmal im weiblichen Fortpflanzungstrakt angekommen, verändert diese Protonenfreisetzung ihre innere Umgebung von sauer zu alkalisch und beginnt ihr Rennen zur Ziellinie.

Die Ergebnisse bieten neue Einblicke in ein kritisches Ereignis bei der menschlichen Befruchtung und könnten zu neuen Möglichkeiten der Kontrolle der männlichen Fruchtbarkeit führen, so die Forscher.

„Die Konzentration von Protonen innerhalb der Zelle ist 1.000 Mal höher als außerhalb“, sagte Yuriy Kirichok von der University of California, San Francisco. „Wenn man nur eine Pore öffnet, gehen die Protonen nach außen. Wir identifizieren das Molekül, das sie herauslässt.“

Kirichok vergleicht die ruhenden Samenzellen mit Ballons, die mit Protonen statt mit Luft aufgeblasen werden. Öffnet man ein Loch in den Spermien, strömen die Protonen leicht heraus. Tatsächlich ist die Geißel jedes Spermiums mit vielen so genannten Hv1-Protonenkanälen bedeckt, wie sie zeigen. Wenn die Kanäle durch äußere Reize aktiviert werden, öffnen sich die Schleusen und Protonen entweichen aus vielen Poren auf einmal.

Kirichok sagte, dass es viele Bedingungen gibt, die die Hv1-Pore öffnen, einschließlich alkalischer Bedingungen und der Entfernung von Zink außerhalb der Zelle. Sie öffnen sich auch, wenn sie dem Endocannabinoid Anandamid ausgesetzt sind, einer Substanz, die sowohl im männlichen als auch im weiblichen Fortpflanzungstrakt vorkommt und in der Nähe der Eizelle besonders hoch sein kann.

Das wirft eine interessante Möglichkeit auf, so Kirichok. Endocannabinoide sind natürliche Lipide, die die Aktivität von Neuronen beeinflussen. Sie werden so genannt, weil sie auf die gleichen Rezeptoren wirken wie der Wirkstoff von Marihuana. Dieser Zusammenhang könnte erklären, warum Marihuana mit einer Beeinträchtigung der männlichen Fruchtbarkeit in Verbindung gebracht wird.

„Marihuana aktiviert die Spermien wahrscheinlich vorzeitig, so dass sie innerhalb weniger Stunden ausgebrannt sind“, sagte Kirichok.

Vielleicht ist es am wichtigsten, dass der neu entdeckte Hv1-Kanal neue Möglichkeiten bietet, die Aktivität der Spermien in beide Richtungen zu verändern, sagte Kirichok. Tatsächlich hängen viele biochemische Schlüsselreaktionen in Spermien vom intrazellulären pH-Wert ab, einschließlich der anfänglichen Aktivierung, der Hyperaktivierung in der Nähe der Eileiter und der Akrosomreaktion, bei der Enzyme freigesetzt werden, um in die Eizelle einzudringen.

„Alle diese Vorgänge sind für die Befruchtung unerlässlich“, sagte Kirichok. „Sie können sich vorstellen, dass wir jetzt, da wir das verantwortliche Molekül kennen, es blockieren könnten, um die Aktivierung und Befruchtung als eine Art männliche Verhütung zu verhindern.“ Andererseits könnte man auch einigen Spermien den zusätzlichen Schub geben, den sie brauchen.

Die Forscher sind Polina V. Lishko, Inna L. Botchkina, Andriy Fedorenko und Yuriy Kirichok von der University of California, San Francisco, San Francisco, CA.