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Wie Sperma große Dinge an kleinen Orten anpasst

2021

Der menschliche Körper ist wirklich großartig darin, riesige Dinge in winzige Räume zu packen. Ihr Dünndarm ist zum Beispiel 20 Fuß lang und wird gekonnt in Ihren Darm gepresst. Ihr Gehirn hat ungefähr sechsundachtzig Milliarden Neuronen (je nachdem, welchen Wissenschaftler Sie fragen), die in 3, 3 Pfund Gewebe eingeklemmt sind. Aber diese Verpackungsarbeiten sind nichts im Vergleich zu Ihrer DNA. Das menschliche Genom besteht aus mehr als drei Millionen Basenpaaren. Wenn Sie es zu einem Faden ausdehnen würden, wäre es ungefähr zwei Meter lang und würde sich in den Zellkern jeder Ihrer Zellen quetschen. Das ist schon eine Meisterleistung. Aber die Aufgabe wird noch wundersamer, wenn Sie daran denken, die Hälfte dieser Informationen in ein Sperma zu pressen, das kleiner als Ihre durchschnittliche Zelle ist. (Eine Eizelle ist zum Beispiel ungefähr sechsmal so groß wie eine Samenzelle.) Nun glauben Wissenschaftler des Cold Spring Harbor Laboratory, endlich herausgefunden zu haben, wie der männliche Körper es schafft, dies zu erreichen. Sie haben kürzlich ihre Arbeit in Nature Communications veröffentlicht.

Die Entdeckung geschah völlig zufällig. Forscherin Alea Mills untersuchte ein spezifisches Protein namens Chd5. Es wurde 2007 entdeckt und seitdem hat die Forschung gezeigt, dass es hervorragend zur Unterdrückung von Krebstumoren geeignet ist. Um besser zu verstehen, warum dies der Fall ist, entschied sich ihr Team, eine Reihe von Mäusen ohne das Protein gentechnisch zu manipulieren, in der Hoffnung, dass diese Mäuse irgendwann nicht mehr in der Lage sind, Krebs zu bekämpfen. Während der Vorbereitung des Experiments begann ihre Studentin Wangzhi Li, die Chd5-losen Mäuse zu züchten, damit sie genug Nagetiere hatten, um ihre Forschungen durchzuführen.

Aber als die ersten Mäuse erschaffen waren, hatte Li große Schwierigkeiten, sie zu paaren. Ohne das Protein waren sie praktisch unfruchtbar. Was zum Teufel war los, fragten sie sich? Waren sie versehentlich auf eine bisher unbekannte Arbeit gestoßen, die dieses Protein verrichtete? Hat es irgendwie eine Rolle bei der Fruchtbarkeit gespielt?

Das Team suchte einen der wenigen Experten auf der Welt, der in der Lage ist, Spermien zu isolieren, um herauszufinden, was das Fruchtbarkeitsproblem verursacht. Was sie fanden, war, dass ohne das Protein die DNA im Sperma der Mäuse nur wackelig war.

Normalerweise passt unsere DNA in unsere Zellen, indem sie sich wie mehrere Garnrollen um ein Bündel von Proteinen, sogenannte Histone, wickelt. Dies macht es unseren Zellen leicht, den Faden abzuwickeln und auf die DNA-Paare zuzugreifen, die sie zur Expression bestimmter Gene benötigen - oder unerwünschte Gene fest gebunden und unzugänglich zu halten. Aber diese Methode funktioniert nicht bei Spermien, sie sind einfach zu klein für die Histone.

Basierend auf den Nachuntersuchungen des Teams zu Chd5 und seiner Aufgabe bei der Fruchtbarkeit stellt sich heraus, dass das Einbringen von DNA in eine Samenzelle weitaus komplexer ist als beispielsweise das Einbringen von DNA in eine weibliche Eizelle. Sperma beginnt als großer runder Wasserball, aber sie durchlaufen sechzehn Phasen von Veränderungen - sie wachsen zum Beispiel Kopf und Schwanz - bevor sie den Körper auf dem Weg verlassen, um das Ei zu befruchten. Und dieses Protein, das im Kampf gegen Krebs wirklich großartig ist, scheint die Aufgabe zu übernehmen, die DNA einzuwickeln. Die Forscher glauben, dass es die sperrigen Histone loswird und den genetischen Code auf kleinere Spulen, Proteine ​​namens Protamine, umhüllt, die in das Sperma passen und dabei helfen, die gesamte DNA in Ordnung zu halten.

Im Moment ist es nur eine Korrelation, aber laut Mills war dies bei den Mäusen, denen das Protein fehlte, nicht der Fall, auch wenn das Team die Befruchtung durch die Kombination von Sperma und Eiern in einem Reagenzglas erzwang trainieren. Normalerweise machen sie kleine Embryonen, aber in diesem Fall war das Sperma erbärmlich. Normalerweise kann man beobachten, wie sich die Zellen teilen und es ist wirklich hübsch. Aber diesmal war alles durcheinander. «

Wenn Sie darüber nachdenken, ist es sinnvoll, dass dieses Protein hervorragend zur Bekämpfung von Krebs geeignet ist. Krebs wird durch Mutationen in der DNA verursacht - kleine Fehler, die entlang der Länge des Genoms gemacht werden und auf natürliche Weise während der Replikation oder unnatürlich während der Exposition gegenüber Strahlung und Chemikalien auftreten. Normalerweise lesen die Zellen ihre DNA durch und bereinigen sie, um etwaige Fehler zu beheben. Aber wenn diese DNA nicht richtig verpackt ist, können die Zellen keine Fehler beheben. (Die Wissenschaftler wissen, dass mehr von den Chd5-Proteinen die Wahrscheinlichkeit erhöht, an Krebs zu erkranken, aber sie versuchen immer noch herauszufinden, warum.) Was die Fruchtbarkeit betrifft, können Babys, die es irgendwie schaffen, von diesem Protein zu stammen, Ein Mangel an Sperma (ein äußerst seltenes Vorkommen) würde mit größerer Wahrscheinlichkeit Krankheiten hervorrufen, die durch Wonky-DNA verursacht werden.

Das alles bedeutet, dass sich Wissenschaftler fragen, ob das Protein nicht nur ein großartiger Krebsbekämpfer ist, sondern auch eine wichtige Rolle für die männliche Fruchtbarkeit spielt. Ihre Entdeckung, die völlig zufällig gemacht wurde, wird höchstwahrscheinlich von anderen Wissenschaftlern übernommen und weiter untersucht.

»Das ist das Coole daran, Wissenschaftler zu sein«, sagt Mills. »Sie finden diese Dinge, von denen Sie nicht träumen konnten. Auf diese Weise ist das Leben einfach unglaublich. «

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