Was Nase und Spermien gemeinsam haben – Biologen decken neue Funktionen von Riechrezeptoren auf

Gegen jeden Gestank ist ein Duft gewachsen

Für die Erforschung der Grundlagen des Riechens erhielten Richard Axel und Linda Buck heute den Nobelpreis. Was man mit diesem Wissen anfangen kann, zeigen Bochumer Forscher: Kürzlich konnten sie nachweisen, dass Spermien ihren Weg zur Eizelle „der Nase nach“, dank eines bestimmten Riechrezeptors, finden. Jetzt gelang der Gruppe um Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt (Lehrstuhl für Zellphysiologie der RUB) ein weiterer spektakulärer Fund: Der gleiche Riechrezeptor wie auf den Spermien findet sich auch in der menschlichen Nase zur Wahrnehmung von Maiglöckchenduft. „Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten z. B. bei der Diagnostik von Unfruchtbarkeit“, so der Biologe: „Wer keinen Maiglöckchenduft riechen kann, weil der betreffende Rezeptor genetisch defekt ist, dessen Spermien werden auch die Eizelle so nicht finden können.“ Und damit nicht genug: Mit blockierenden Düften lassen sich die Riechrezeptoren selektiv abschalten: So könnte man Gestank ausblenden, ohne gleich die ganze Nase zuzuhalten. Über ihre Erkenntnisse berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe von „Current Biology“.

Riechen: kein „verlorener“ Sinn

Der Geruchssinn wurde bisher von der Wissenschaft eher stiefmütterlich behandelt, zu den „niederen“ Sinnen gerechnet und beim Menschen sogar als der „verlorene“ Sinn bezeichnet. Tatsächlich wissen wir inzwischen, dass der Mensch im Verlauf der Evolution im Vergleich zu seinen nächsten Verwandten, den Affen und auch höheren Säugetieren wie Hunden, Katzen oder Mäusen zwei Drittel seiner Riechrezeptoren verloren hat. Trotzdem stellen sie weiterhin die größte Genfamilie im menschlichen Genom dar. Durch das menschliche Genomprojekt wissen wir inzwischen, dass uns ca. 350 verschiedene Riechrezeptor-Eiweiße zur Verfügung stehen, um die Millionen unterschiedlicher Düfte wahrzunehmen. Riechrezeptoren sind spezialisierte Proteine, die Duftstoffe mit ähnlicher chemischer Struktur erkennen können. Hierfür besitzen sie ein kleine, gut abgegrenzte Region, an der ein Geruchsmolekül andocken kann, genau wie ein Schlüssel ins Schloss passt.

Gleicher Rezeptor in Spermien und Nase

Die neuesten Forschungsergebnisse verdeutlichen die große Bedeutung dieses Sinnes für unser Leben: Nicht nur, dass wir ohne ihn kein gutes Essen genießen könnten und ärmer an Gefühlen und Erinnerungen wären; der Geruchssinn entscheidet auch über die Wahl unseres Lebenspartners und beeinflusst entscheidend die Fortpflanzung, indem er Spermien auf dem beschwerlichen Weg zur Eizelle leitet. Ob hierfür jeweils spezielle Riech-Rezeptoren im Einsatz sind, oder sich der Körper überall der gleichen Rezeptoren bedient, war eine seit langem offene Frage, die Prof. Hatt und seine Mitarbeiter Dr. Marc Spehr, Dipl. Biol. Katleen Schwane und Dr. Günter Gisselmann zusammen mit Kollegen der Hals-Nasen-Ohren Klinik der Universität Dresden jetzt klären konnten. Mit Hilfe molekularbiologischer Techniken, „sniffing“-Riechtests an Probanden und der Messung der elektrischen Aktivität der menschlichen Riechschleimhaut gelang den Forschern erstmals der Nachweis, dass der sog. „Maiglöckchenrezeptor“ (hOR17-4) aus Spermien auch in Riechzellen der Nase hergestellt wird.

Das Schlüsselloch blockieren

„Genauso aufregend war der zusätzliche Befund, dass es ähnlich den bekannten Antagonisten für viele pharmakologisch relevante Rezeptoren, auch hemmende Duftmoleküle gibt, die selektiv nur den Maiglöckchenrezeptor blockieren“, berichtet Prof. Hatt. In Gegenwart eines solchen „Blockierers“ wie z.B. das fruchtig riechende Undekanal nimmt man keinen Maiglöckchenduft mehr wahr, die elektrische Erregung der Riechschleimhaut findet nicht mehr statt. Das blockierende Duftmolekül wirkt wie ein Schlüssel, der zwar ins Schloss passt, aber nicht aufsperren kann, jedoch den Zugang für den „richtigen“ Schlüssel versperrt.

Genetisch defekter Rezeptor macht Nase und Spermien „blind“

Die Tatsache, dass in der Nase und in Spermien die gleichen Riechrezeptoren benutzt werden, eröffnet erstmals die Möglichkeit bestimmte Formen von Fertilitätsstörungen durch einfache Riechtests zu diagnostizieren. Beruht die Unfruchtbarkeit auf einem genetischen Defekt eines dieser Rezeptoren, werden sie entsprechend in Nase und Spermien nicht mehr zur Verfügung stehen. Unfähigkeit z.B. Maiglöckchenduft mit der Nase wahrzunehmen, wirft den dringenden Verdacht auf, dass auch Spermien dies nicht können und keine Chance haben, die Eizelle zu finden. „Da in menschlichen Spermien noch weitere Riechrezeptoren vorkommen, mit vermutlich unterschiedlicher Funktion, wird nach Identifizierung der entsprechenden Düfte ein ganzes Set an diagnostischen Werkzeugen zur Verfügung stehen, die Ursachen für Unfruchtbarkeit zu entdecken“, so Prof. Hatt.

Trotz Gestank ein Butterbrot

Die Verwendung eines wirksamen „Blockierers“ für einen bestimmten Duft, eröffnet erstmals die Möglichkeit. z.B. unangenehme Düfte, die im Rahmen von industriellen Fertigungsprozessen entstehen oder natürlicherweise vorkommen, selektiv auszublenden, ohne den Menschen seines gesamten Geruchssinnes zu berauben wie durch Zuhalten der Nase. Prof. Hatt denkt praktisch: „So könnte ein Industriearbeiter weiterhin sein Wurst- oder Käsebrot genießen, ohne durch den üblen Gestank, der bei der Produktion verschiedener Materialien erzeugt wurde, belästigt zu werden.“

Titelaufnahme

Marc Spehr, Katlen Schwane, Stefan Heilmann, Günter Gisselmann, Thomas Hummel and Hanns Hatt: Dual Capacity of a Human Olfactory Receptor, Curr Biol. 2004, 14 (19): R 832-3

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt, Lehrstuhl für Zellphysiologie, Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, ND 4/124, ND 4/130, Tel. 0234/32-26792, E-Mail: hanns.hatt@ruhr-uni-bochum.de