Izumo ontmoet Juno: mysterie van de bevruchting opgelost

Bevruchting vindt plaats als een vrouwelijke eicel en een mannelijke spermacel met elkaar fuseren en een embryo creëren. Zo veel is duidelijk, maar hoe het ei en het sperma elkaar in de eerste plaats herkennen is een moeilijker vraag. 

Pas in 2005 ontdekten Japanse onderzoekers een proteïne, een eiwit, op het oppervlak van sperma die als functie had het herkennen van een eicel. Ze noemden dat eiwit "Izumo1", naar een Japans heiligdom voor het huwelijk. De vrouwelijke tegenhanger van Izumo1 op de eicel bleef echter tot nu onbekend. 

Vier Britse wetenschappers van het Wellcome Trust Sanger Institute hebben nu de vrouwelijke tegenhanger gevonden. Het team, geleid door Gavin Wright en Enrica Bianchi, heeft zijn bevindingen gepubliceerd in het vakblad Nature.

Het identificeren van het eiwit was moeilijk omdat de eiwitten die betrokken zijn in het proces, zich slechts zwak aan elkaar binden. Daarom bedachten Wright en zijn team een manier om Izumo1 te groeperen, en vervolgens zochten ze in celculturen welk proteïne van het ei zich bond met Izumo1. Wright vergeleek die techniek met het maken van een Velcro-strip uit een groot aantal individuele lusjes. "Elke kleine haak hecht zich slechts zwakjes, maar als ze gegroepeerd worden, worden zelfs de meest vluchtige interacties gestabiliseerd en kunnen ze ontdekt worden", zo zei hij.

Met deze methode vonden ze een proteïne "folate receptor 4", die voorkomt op het oppervlak van eicellen van muizen. Het team stelt voor de proteïne "Juno" te hernoemen, naar de Romeinse godin van de vruchtbaarheid en van het huwelijk. 

"Het Izumo-Juno-paar is de eerste essentiële interactie die we kennen voor het erkennen van sperma en eicellen in om het even welk organisme", zo zei doctor Enrica Bianchi op de website van het Wellcome Sanger Trust Institute. "De twee proteïnen binden zich slechts zeer zwakjes, en dat verklaart waarschijnlijk waarom dit tot nu toe een raadsel gebleven is."

Het team ontdekte dat Juno ook voorkomt bij andere zoogdieren, en ook bij mensen, en dat zonder Juno bevruchting onmogelijk is. De onderzoekers creëerden muizen waarvan de eicellen geen Juno hadden op hun oppervlak, en hoewel de muizen perfect gezond waren, bleken ze onvruchtbaar. Net zoals mannelijke muizen die geen Izumo1 hebben, eveneens onvruchtbaar zijn.

Overigens lijkt Juno nog een andere functie te hebben, namelijk verhinderen dat eens de eicel bevrucht is door een spermatozoïde, er nog andere spermacellen zouden kunnen doordringen.

Nadat de eicel bevrucht is, verdwijnt Juno namelijk plots van het oppervlak van de eicel, en na 40 minuten kan het niet meer opgespoord worden. Op die manier is de eicel niet meer in staat om sperma te herkennen. Dat verhindert de vorming van embryo's met meer dan een spermacel, die te veel chromosomen zouden hebben en zouden sterven.

De ontdekking is niet alleen theoretisch van belang. Ze kan belangrijke gevolgen hebben voor koppels die een in-vitrofertilisatiebehandeling (ivf) volgen.

Nu bestaat ivf uit een reeks van stappen die gaandeweg ingewikkelder en duurder worden. Het begint met een poging om een eicel en een spermatozoïde te laten fuseren in een laboratorium. Als dat mislukt, is het soms nodig om een spermacel in te spuiten door de schil van de eicel, zodat ze daar niet op eigen kracht moet door geraken.

Het team screent nu onvruchtbare vrouwen om na te gaan of fouten in de Juno-receptor een oorzaak zijn van onvruchtbaarheid.

Als dat het geval is, kan met een eenvoudige genetische test vastgesteld worden of een vrouw onvruchtbaar is door een fout in Juno, en dan kan de vrouw de eerste behandelingen, waarbij geprobeerd wordt een eicel en sperma zelf te laten fuseren, overslaan en meteen overgaan naar intracytoplasmische sperma injectie (ICSI), waarbij een enkele spermacel ingespoten wordt in een eicel. Dat zou de stresserende ivf-behandeling inkorten en een aanzienlijke besparing opleveren.

De ontdekking opent ook mogelijkheden om de fusie van sperma en eicel te blokkeren om zwangerschappen te voorkomen. Geleerden kunnen nu de structuur van de verbinding van Juno en Izumo1 bestuderen, en misschien een nieuwe klasse van voorbehoedsmiddelen ontwikkelen die daarop inwerken.