Wenn Spermium und Eizelle sich treffen, fliegen buchstäblich die Funken. Denn die befruchtete Eizelle setzt dann an ihrer Oberfläche ein wahres Feuerwerk aus Zinkatomen frei: Milliarden dieser Atome werden in mehreren Wellen ausgeschüttet, wie Forscher anhand einer Fluoreszenzmarkierung des Zinks entdeckten. Wie stark dieses Zink-Feuerwerk ausfällt, verrät auch etwas über die Chancen dieses jungen Embryos, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Chemistry“ berichten.
Wenn eine Eizelle heranreift, benötigt sie dafür enorme Mengen Zink, das sie in speziellen Zellkompartimenten speichert. Wird sie aber durch ein Spermium befruchtet, dann scheint ein großer Teil dieses Zinkvorrats überflüssig oder sogar hinderlich zu sein. Sie stößt die Zinkatome in mehreren Schüben ab, den sogenannten Zink-Funken. Studien an Mäuse-Eizellen deuten darauf hin, dass diese Zink-Funken sogar essenziell sind, damit sich nach der Befruchtung der Embryo bilden und entwickeln kann.
Aber wie genau dieses Zink-Feuerwerk bei der menschlichen Befruchtung abläuft und wie viel Zink daran beteiligt ist, war bisher unbekannt. Teresa Woodruff von der Northwestern University in Evanston und ihre Kollegen haben dies nun mit Hilfe einer neuen Fluoreszenz-Methode genauer untersucht und erstmals das mikroskopisch kleine Zink-Feuerwerk aufgenommen und gefilmt.
„Koordiniert wie in einer Symphonie“
Die durch Fluoreszenz-Markierung leuchtenden Zinkatome enthüllen, wo die Zelle sie vor dem Feuerwerk lagert: Dicht unter der Zelloberfläche sitzen fast 8.000 spezielle Kompartimente, die jeweils rund eine Million Zinkatome enthalten. Ist die Befruchtung passiert, entlassen diese Zinkbehälter in einer konzertierten Aktion Welle auf Welle ihrer Fracht.
„Wie auf Kopfdruck sehen wir, wie die Eizelle bei der Befruchtung tausende von Zinkpaketen entlässt, jedes mit rund einer Million Zinkatomen – und dann herrscht wieder Ruhe“, berichtet Ko-Leiter Thomas O’Halloran von der Northwestern University. Kurz darauf folgt ein weiterer Schub der Zink-Funken und dann noch zwei bis drei weitere. „Es ist wunderschön anzuschauen, koordiniert fast wie in einer Symphonie.“
Hilfreich bei der künstlichen Befruchtung
Die Menge und Art der Zink-Funken spielt eine entscheidende Rolle dafür, wie gut die Eizelle den Übergang zum Embryo schafft, wie die Forscher erklären. Diese Informationen könnten daher dazu beitragen, Behandlungen zur künstlichen Befruchtung zu verbessern. „Die Menge des bei diesem Feuerwerk freigesetzten Zinks könnte ein guter Marker dafür sein, wie hoch die Qualität eines gerade befruchteten Eis ist“, sagt Woodruff. „Wenn wir die besten Eizellen identifizieren könnten, dann müssten weniger Embryos bei der künstlichen Befruchtung eingepflanzt werden.“
Aber die Eizellen sind nicht die einzigen Zellen des Körpers, die zu bestimmten Zeiten Zink freisetzen. Auch insulin-produzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse und einige Neuronen im Gehirn produzieren Zink-Funken. Deshalb könnte das von Woodruff und ihren Kollegen eingesetzt Verfahren nun auch dazu genutzt werden, das Verhalten dieser Zellen genauer zu untersuchen und damit besser zu verstehen, wie Zink zur Regulation biologischer Systeme beiträgt. (Nature Chemistry, 2014; doi: 10.1038/nchem.2133)
(Northwestern University, 30.12.2014 – NPO)
