Befruchtung unter dem Röntgenstrahl
© Joana C. Carvalho
Nachdem die Eizelle von einem Spermium befruchtet wurde, zieht sich die Eihülle zusammen und schützt den Embryo, indem sie mechanisch das Eindringen weiterer Spermien verhindert. Diesen neuen Einblick hat nun ein Team des Karolinska Instituts u.a. durch Messungen an den Röntgenlichtquellen BESSY II, DLS und ESRF gewonnen.
Die Befruchtung bei Säugetieren beginnt, wenn sich ein Spermium an die Eihülle heftet: diese Hülle muss das Spermium durchdringen, um mit der Eizelle zu verschmelzen. Jetzt hat ein internationales Team die Struktur und Funktion des Proteins ZP2 im Detail entschlüsselt. ZP2 ist eine Komponente des Eihüllenfilaments, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Interaktion zwischen Ei- und Samenzelle bei der Befruchtung spielt.
"Es war bekannt, dass ZP2 gespalten wird, nachdem das erste Spermium in die Eizelle eingedrungen ist, und wir erklären, wie dieses Ereignis die Eihülle härter und undurchlässiger für andere Spermien macht", sagt Luca Jovine, Professor am Department of Biosciences and Nutrition, Karolinska Institutet, der die Studie leitete. "Dies verhindert Polyspermie - die Verschmelzung mehrerer Spermien mit einer einzigen Eizelle - was für den Embryo fatal ist“.
Einsatz von KI Alphafold
Die Forscher*innen kombinierten Röntgenkristallographie und Kryo-EM, um die 3D-Struktur der Eihüllenproteine zu untersuchen. Die Interaktion zwischen Spermien und Eiern, die Mutationen im ZP2-Protein tragen, wurde an Mäusen untersucht, während das KI-Programm AlphaFold verwendet wurde, um die Struktur der Eihülle beim Menschen vorherzusagen.
Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit den Universitäten Osaka und Sophia in Japan und der Universität Pittsburgh in den USA durchgeführt, die Messdaten stammen aus Experimenten bei SciLifeLab und an den Röntgenquellen ESRF, DLS und BESSY II.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.