Forscher am Max-Planck-Institut für multidisziplinäre Wissenschaften haben eine Live-Bildgebungsmethode entwickelt, die den Vorgang des Eisprungs in beispielloser Detailliertheit zeigt. Das Team folgte den ersten Beobachtungen, indem es Hemmungstests durchführte, um kausale Effekte zu bestätigen.
Eizellen sind unreife Eizellen, die in Eierstockfollikeln gespeichert werden. Einmal pro Eierstockzyklus reift eine Eizelle zu einer befruchtungsfähigen Eizelle heran und wird aus dem Follikel freigesetzt. Diesen Freisetzungsprozess nennen wir Eisprung.
Ovulationsstudien werden normalerweise mit fixiertem Gewebe durchgeführt, wobei bestimmte Zeitpunkte des Prozesses erfasst werden. Diese punktuellen Analysen sind zwar nützlich, aber begrenzt, wenn man versucht, etwas so Dynamisches wie den Eisprung zu verstehen.
Der technische Bericht „Ex-vivo-Bildgebung enthüllt die räumlich-zeitliche Kontrolle des Eisprungs“ veröffentlicht In Naturzellbiologiezeigt, wie Forscher eine neue Bilderfassungsmethode verwendeten, um drei verschiedene Phasen des Eisprungs zu identifizieren: Follikelexpansion, -kontraktion und -ruptur, die in der Freisetzung einer Eizelle gipfeln.
Eisprung in einem isolierten Eierstockfollikel, der eine Zellmembran (Myr–TdTomato; grün) und einen Chromosomenmarker (H2B–GFP; magenta) exprimiert. Die konfokale Mikroskopie ermöglicht die detaillierte Untersuchung der Zell- und Eizellenbewegungen im Follikel (Einschub). Kredit: Naturzellbiologie (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01524-6
Die Bilder wurden mithilfe einer Kombination aus konfokaler und Zwei-Photonen-Mikroskopie und Live-Bildgebung isolierter Eierstockfollikel von Mäusen aufgenommen. Transgene Mausspender mit Expressionsmarkern für Zellmembranen und DNA halfen, komplizierte Bewegungen sichtbar zu machen.
Die Technik erfasste den Eisprungsprozess durch Bildgebung in 10-Minuten-Intervallen über 24 Stunden und ermöglichte eine detaillierte Beobachtung des Eisprungs sowohl auf Zellebene als auch auf Ebene des gesamten Follikels. Das Team verfolgte erste Beobachtungen und Datenerfassungsergebnisse, indem es Hemmungstests durchführte, um kausale Effekte zu bestätigen.
Die Studie identifizierte die Follikelexpansion als erste Phase, angetrieben durch die Sekretion von Hyaluronsäure und den Flüssigkeitszufluss, der das Follikelvolumen erhöhte. Erste Beobachtungen von Anstiegen führten zu einem Hemmungstest der Hyaluronsäuresynthese, der zu einer verringerten Expansion und einem blockierten Eisprung führte, was die direkte Rolle bestätigte.
Eisprung in einem isolierten Eierstockfollikel, der eine Zellmembran (Myr–TdTomato; grün) und einen Chromosomenmarker (H2B–GFP; magenta) exprimiert, zusätzlich wird fluoreszierendes Dextran in das Follikelantrum injiziert, um die Bewegung der Follikelflüssigkeit (rot) zu markieren. Dieses Video beleuchtet die drei Schritte der Follikelruptur: Flüssigkeitsruptur (I), Zellruptur (II) und Eifreisetzung (III). Kredit: Naturzellbiologie (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01524-6
Als nächstes kam die Kontraktion, gesteuert durch glatte Muskelzellen in der äußeren Follikelschicht, möglicherweise reguliert durch Progesteron- und Endothelin-Signale. Die Hemmung dieser Signalwege reduzierte die Kontraktions- und Ovulationsraten, was das Zusammenspiel bestätigt.
Schließlich begann der Follikelriss, gefolgt von der Freisetzung von Follikelflüssigkeit, Kumuluszellen und der Eizelle. Es wurde beobachtet, dass der Bruch und die Eifreisetzung in drei Schritten erfolgten: Flüssigkeitsbruch, Zellbruch und Eifreisetzung.
Es wurde auch festgestellt, dass molekulare Mechanismen der mitochondrialen Energieproduktion und der Aktomyosin-Kontraktilität den Prozess antreiben. Zwischen 6 und 9 Stunden nach Auslösung des ersten Eisprungs ergab die Genexpressionsanalyse eine Hochregulierung von Signalwegen im Zusammenhang mit der Aktivität der mitochondrialen Atmungskette, was auf einen hohen ATP-Bedarf in glatten Muskelzellen während der Kontraktion hinweist. Die Hemmung der mitochondrialen Funktion beeinträchtigte die Kontraktion und verhinderte den Eisprung, was die Abhängigkeit von der mitochondrialen ATP-Produktion zeigt.
Video des Eisprungs in einem isolierten Ovarialfollikel, der den Eizellenmarker Oct4–GFP exprimiert. Dadurch konnten 3D-Oberflächenrekonstruktionen der Eizellen erstellt werden (grün), um deren Bewegung während des Eisprungs in 3D zu verfolgen. Auch Durchlicht wird angezeigt. Kredit: Naturzellbiologie (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01524-6
Darüber hinaus stellten die Forscher zwischen 9 und 12 Stunden nach der hCG-Einnahme einen Anstieg der Expression von Genen fest, die mit der Actomyosin-Kontraktilität zusammenhängen. Die Blockierung der Actomyosin-Kontraktilität bestätigte weiterhin die Notwendigkeit einer Actomyosin-gesteuerten Kontraktion für den Follikelbruch und die Eifreisetzung.
Dieser neue Ansatz deckt nicht nur detaillierte räumlich-zeitliche Muster des Eisprungs auf und eröffnet neue Wege für die Untersuchung, wie die zellulären und molekularen Mechanismen bei der Fortpflanzung voneinander abhängen, sondern liefert auch wirklich erstaunliche Videos der Natur bei der Arbeit.
Weitere Informationen:
Christopher Thomas et al., Ex-vivo-Bildgebung zeigt die räumlich-zeitliche Kontrolle des Eisprungs, Naturzellbiologie (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01524-6
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