Sådan overlever sædceller rejsen gennem kvindens skede

Fra en sædcelle forlader mandens testikler, til den borer sig ind i et æg i kvindens livmoder, har den været på en lang rejse gennem en række forskellige ekstreme miljøer.

Disse miljøer, der blandt andet indebærer ekstreme saltbalancer i sædlederen og høje koncentrationer af forskellige skadelige stoffer i livmoderen, suger energi ud af sædcellen, som er i fare for at løbe tør for energi, før den kommer frem til målet.

For at klare den lange rejse og de mange udfordringer og samtidig have energi nok til at bore sig ind i ægget til sidst, har sædcellerne udviklet et unikt protein.

Nu har danske forskere fundet ud af, hvordan det unikke protein fungerer, og hvorfor sædcellerne har brug for proteinet.

»Alle celler i kroppen har disse proteiner, men sædcellerne har udviklet deres helt egen type. Vores forskning viser, at den almindelige version af proteinet er en supereffektiv ‘racerbil’, der giver en celle en høj energiomsætning.«

»Problemet er blot, at racerbilerne bruger meget energi og kører rigtig skidt, hvis ikke omgivelserne er optimale. Derfor har sædcellerne udviklet en anden version af proteinet, der er en slags ‘firhjulstrækker’, hvilket sædcellerne har brug for i de forskellige miljøer, som de bliver udsat for undervejs,« fortæller postdoc Hanne Poulsen fra DANDRITE på Aarhus Universitet.

Det nye forskningsresultat er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift FEBS.

Unik pumpe i sædceller

Forskningen handler om de såkaldte natriumkaliumpumper, der pumper natrium ud af cellen og kalium ind i cellen.

Når natrium bliver pumpet ud af cellen, og kalium bliver pumpet ind, opstår en elektrisk spænding hen over celleoverfladen, som cellen kan udnytte i et hav af vitale processer, blandt andet til optag af gavnlige stoffer.

Forskellige celler har forskellige natriumkaliumpumper, men kun sædcellerne har den såkaldte alfa4-pumpe, som forskerne har undersøgt i det nye studie.

»Vi var interesserede i at forstå, hvorfor sædcellerne skal have deres helt egen pumpe, og hvad den gør for dem,« siger Hanne Poulsen.

Alfa4-pumpen bliver ved og ved

Tidligere studier har vist, at hanmus er infertile uden alfa4-pumpen, og at pumpen har vital betydning for sædcellernes evne til at komme frem til kvindens æg.

På den baggrund undersøgte forskerne, hvordan alfa4-pumpen fungerer i forhold til alfa1-pumpen, som sædcellerne også har siddende i celleoverfladen.

Deres undersøgelse viste, at alfa4-pumpen faktisk er langsommere til at transportere natrium og kalium end alfa1-pumpen, men at den til gengæld ikke er lige så følsom over for ændringer i omgivelsernes temperatur eller koncentrationen af forskellige stoffer.

»Alfa1-pumpen går i stå, når betingelserne ikke er optimale. Alfa4-pumpen bliver derimod bare langsomt og roligt ved, selvom omgivelserne ændrer sig. Alfa4-pumpen sørger på den måde for, at sædcellerne bliver ved med at kunne opretholde de interne saltbalancer, der er en forudsætning for at nå hele vejen fra mandens testikler til ægget i livmoderen,« forklarer Hanne Poulsen.

Kollega: Overraskende og interessant

Wojciech Kopec er ph.d-studerende ved Center for Biomembrane Physics (MEMPHYS) på Syddansk Universitet og forsker i de samme pumper som Hanne Poulsen.

Han kender også til det nye studie gennem samarbejder mellem Aarhus Universitet og Syddansk Universitet, men han har ikke deltaget i det.

Ifølge Wojciech Kopec er det nye studie interessant, da det både belyser en overraskende funktionen af afla4-pumpen og samtidig skyder en anden teori ned.

»Man har i forskningskredse troet, at alfa4-pumpen virkede hurtigere end de andre natriumkaliumpumper, men studiet viser, at det modsatte faktisk er tilfældet. Det er en overraskelse, men det giver alligevel god mening, da det er med til at forklare, hvorfor sædcellerne kan klare sig i så mange forskellige miljøer, som de kan,« siger Wojciech Kopec.

Forskeren mener også, at det nye studie kommer med noget generel viden om natriumkaliumpumperne, der udfylder et tomrum i forskernes viden.

»Jo mere af denne slags forskning vi får, des bedre forstår vi, hvordan pumperne fungerer på et molekylært niveau. For os forskere er det interessant, når vi finder ud af, hvad forskellene mellem de forskellige pumper giver af forskelle i funktionaliteten, da det hjælper os med at forstå dette livsnødvendige protein,« mener Wojciech Kopec.

Kan muligvis blive til p-piller til mænd

Forskningen har også et potentielt praktisk perspektiv. Da alfa4-pumpen har så vital betydning for en mands fertilitet, kan den muligvis blive et mål for p-piller til mænd, fortæller Hanne Poulsen.

Et stof, der hæmmer alfa4-pumpen, ville nemlig effektivt forhindre sædceller i at komme frem og befrugte kvindens æg.

Samtidig ville et stof, der kun rammer alfa4-pumpen, ikke påvirke andre af kroppens organer, da alfa4-pumpen kun findes i sædcellerne.

Der er dog nogle problemer i forhold til at udvikle p-piller til mænd.

»Der findes nogle plantestoffer, som kan ramme alfa4-pumpen. Kroppen har imidlertid en meget effektiv barriere mellem blodet og testiklerne, svarende til barrieren mellem blodet og hjernen, som gør det ekstra svært at udvikle lægemidler til de organer. Men potentielt ville et stof mod alfa4-pumpen kunne udvikles til en effektiv p-pille til mænd,« siger Hanne Poulsen.

Brugt gener fra mus i æg fra frøer

I forskningen har Hanne Poulsens sammen med kollega Michael Voldsgaard Clausen taget gener fra sædceller i mus og rotter og fået dem til at lave alfa4-pumpen i ægceller fra frøer.

Metoden er standard for at undersøge funktionen af cellepumper.

Efterfølgende udsatte forskerne cellerne for en lang række miljøer, der simulerede de miljøer, som en sædcelle oplever på sin rejse fra testiklerne til livmoderen.

Samtidig undersøgte forskerne, hvordan den elektriske ladning i cellerne ændrede sig, da det fortæller forskerne, hvordan cellernes pumper fungerer under de givne betingelser.