Door met elektronenmicroscopen in te zoomen tot bijna-atomair niveau, is het Tzviya Zeev-Ben-Mordehai en haar team van Universiteit Utrecht gelukt de eiwitten te identificeren die de moleculaire machine vormen waarmee spermacellen zich voortbewegen. Van meer dan twintig van deze eiwitten was het nog niet bekend dat ze onderdeel waren van de ‘motor’ van de spermacel. Stuk voor stuk zijn deze eiwitten veelbelovende kandidaten voor toekomstig onderzoek naar onvruchtbaarheid.
De resultaten van het onderzoek leveren niet alleen belangrijke inzichten over hoe spermacellen bewegen en waarom ze mogelijk niet goed functioneren, maar ook over hoe ze zijn geëvolueerd. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Cell. Zeev-Ben-Mordehai: “We starten een nieuw tijdperk wat betreft het diagnosticeren van onvruchtbaarheid en de ontwikkeling van anticonceptiemiddelen voor mannen.”
Een spermacel is heel goed aangepast aan zijn ene taak: het genetisch materiaal van de man afleveren bij de eicel van de vrouw. Desondanks blijft de reis van een spermacel een uitdagende: zoogdierspermacellen moeten afstanden zwemmen van meer dan duizend keer hun eigen lengte, en dat ook nog eens in een stroperige omgeving. Als spermacellen zich op de een of andere manier minder goed kunnen voortbewegen, leidt dit tot onvruchtbaarheid bij mannen, een probleem dat wereldwijd toeneemt bij mensen.
De motor van spermacellen zit in hun staart: het is een ‘moleculaire machine’ die axoneem wordt genoemd. Het axoneem bestaat uit honderden verschillende eiwitten die verankerd zijn op cellulaire buisjes die microtubuli worden genoemd. Elk axoneem is opgebouwd uit negen dubbele microtubuli (zogenaamde doubletmicrotubuli) die rondom één centraal paar enkele microtubuli liggen.
Cryogene elektronenmicroscopie
Eerder werk van de groep van Zeev-Ben-Mordehai toonde al aan dat de buisjes van doubletmicrotubuli van zoogdierspermacellen gedeeltelijk gevuld zijn met eiwitten. Maar welke eiwitten dat precies zijn, bleef tot nu toe grotendeels onbekend.
Nu heeft de groep een manier gevonden om deze eiwitten te identificeren, zonder de buisjes en de structuren daarin kapot te hoeven maken. Ze gebruikten een methode die cryogene elektronenmicroscopie (cryo-EM) wordt genoemd. Hierbij worden monsters zoals spermacellen zeer snel ingevroren. Volgens Zeev-Ben-Mordehai is dat de beste manier is om monsters te behandelen, omdat ze zo hun oorspronkelijke staat het meest nauwkeurig behouden.
Bijna-atomair niveau
Om de eiwitten in de buisjes te kunnen identificeren, moesten de onderzoekers op de buisjes inzoomen met een nooit eerder vertoond detailniveau, bijna-atomair. Dit stelde ze in staat om alle individuele aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, te onderscheiden. Want als je eenmaal de volgorde van de aminozuren in een eiwit kent, weet je precies naar welk eiwit je kijkt.
Om dit hoge detailniveau te bereiken, ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe manier om de monsters te behandelen voordat ze werden bevroren: ze verwijderden eerst de buitenste laag van de spermacellen, de celmembranen, en voegden vervolgens ATP toe, een molecuul dat cellen van energie voorziet. Dit molecuul zorgde ervoor dat de verschillende microtubuli ten opzichte van elkaar verschoven, waardoor ze van elkaar loskwamen. De twee buisjes van elk doublet bleven echter verbonden, net als alle eiwitten die aan de buisjes vastzaten. Dit maakte het mogelijk dat de onderzoekers in konden zoomen op individuele, intacte doubletten.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
