Mechanismen und Bedeutung der aktivierten Apoptosekaskade in Spermatozoen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sonja Grunewald
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202291849

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses DFG-Projektes wurde erstmals bewiesen, dass Apoptose in reifen Spermien gesunder Spender induzierbar ist. Die Theorie eines programmierten Zelltodes in Spermien als pathologisches Relikt eines abortiven Prozesses während der Spermatogenese ist somit nicht haltbar. Erstmals wurden definierte Apoptose-Merkmale somatischer Zellen systematisch an einer großen Anzahl humaner Spermien (> 5.500 Spermien, > 22.000 Mitochondrien) untersucht. Folgende ultramorphologische Kennzeichen der Apoptose wurden in reifen Spermien beobachtet: Blasenbildung an der Zellmembran mit Bildung der typischen Apoptosekörperchen, Kondensation der mitochondrialen Christae, Kernfragmentierung und Kernhülldefekte. Diese Merkmale korrelierten gut mit den flowzytometrisch bestimmten Parametern einer aktivierten Apoptosesignalkaskade: Zusammenbruch des mitochondrialen Membranpotentials, Aktivierung der Caspasen und Fragmentierung der DNA. Der stärkste Stimulus für einen programmierten Zelltod der Spermien war der schnelle intrazelluläre Calciumanstieg durch Inkubation mit dem Calciumionophor und Zugabe von Calcium. Ähnlich verhielten sich die Spermien unter dem Induktor der Akrosomenreaktion Thapsigargin. Unabhängig von der Akrosomenreaktion ließen sich die ultramorphologischen und biochemischen Apoptosemerkmale auch durch eine mitochondriale Schädigung mit Betulinsäure induzieren. Die Exposition mit oxidativem Stress löste zwar Membranschäden aus, eine Aktivierung der Apoptosesignalkaskade fand jedoch kaum statt. In allen untersuchten Spermienaliquoten fanden sich die in der Literatur kontrovers diskutierten Kopfvakuolen. Der inkonsistente Zusammenhang zur Aktivierung der Apoptosesignalkaskade macht ihre morphologische Einordnung zum apoptotischen Zelltod schwierig, möglicherweise reflektieren sie eher autophagische Prozesse. Deren Existenz konnte durch Nachweis zentraler Elemente der autophagischen Signalkaskade in Spermien erstmals nachgewiesen werden. Die biologische Bedeutung einer schnellen Induktion der Spermienapoptose durch einen starken intrazellulären Calciumanstieg ist der koordinierte phagozytotische Abbau der „erfolglosen“ Spermien im weiblichen Genitaltrakt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Sperm apoptosis signalling in diabetic men. Reprod Biomed Online. 2012 Sep;25(3):292-9
  Roessner C, Paasch U, Kratzsch J, Glander HJ, Grunewald S
  
• Age-dependent inhibin B concentration in relation to FSH and semen sample qualities: a study in 2448 men. Reproduction. 2013 Mar 1;145(3):237-44
  Grunewald S, Glander HJ, Paasch U, Kratzsch J
  
• Basic diagnostics in andrology. J Dtsch Dermatol Ges. 2013 Sep;11(9):799-815
  Grunewald S, Paasch U
  
• Seminal plasma adipokine levels are correlated with functional characteristics of spermatozoa. Fertil Steril. 2013 Apr;99(5):1256-1263.e3
  Thomas S, Kratzsch D, Schaab M, Scholz M, Grunewald S, Thiery J, Paasch U, Kratzsch J
  
• Sperm selection for ICSI using annexin V. Methods Mol Biol. 2013;927:257-62
  Grunewald S, Paasch U