Was Frauen unfruchtbar macht

Ausgerechnet mit Anfang zwanzig werden junge Frauen am leichtesten schwanger. Viele sind dann mitten in der Ausbildung und verschieben ihren Kinderwunsch auf später. Sie gehen ein Risiko ein, denn schon mit Anfang Dreißig nimmt die natürliche Fruchtbarkeit rapide ab. Woran liegt das eigentlich?

Melina Schuh © Irene Böttcher-Gajewski, MPI für Biophysikalische Chemie

Melina Schuh © Irene Böttcher-Gajewski, MPI für Biophysikalische Chemie

„Der Hauptgrund für die nachlassende Fertilität sind Schäden in der Eizelle“, sagt Melina Schuh, Direktorin am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen. Für ihre weltweit beachteten Erkenntnisse zur frühen Entwicklung weiblicher Keimzellen erhielt die 36-jährige Biochemikerin kürzlich den Innovationspreis der Deutschen Gesellschaft für Zellbiologie. Ihre Forschung, so die Begründung der Jury, könne helfen, die Ursachen von Unfruchtbarkeit, Fehlgeburten und Anomalien wie das Down-Syndrom besser zu verstehen. 

In den Mittelpunkt rücken die Wissenschaftler um Melina Schuh eine frühe Form der Eizellteilung, die sogenannte Meiose. In dieser Phase bereitet sich die noch unreife Eizelle auf eine Befruchtung vor, indem sie den zuvor doppelt vorhandenen Chromosomensatz halbiert. Das Ergebnis ist idealerweise eine reife Zelle, in der sich nur noch eine Kopie jedes Chromosoms befindet – sie ist bereit ist für die Verbindung mit dem Chromosomensatz einer Samenzelle.

Mehr Fehler mit den Jahren
Bei dem komplexen Vorgang können allerdings auch Fehler passieren. Die reife Eizelle enthält dann womöglich zu viele oder zu wenige Chromosomen, was oft zu Abstoßungsreaktionen und Fehlbildungen führt.

Warum sich solche Defekte mit zunehmendem Alter häufen, versuchen Wissenschaftler schon lange herauszufinden – meist im Tierversuch. Umso mehr Resonanz fanden die beiden Studien an unbefruchteten menschlichen Eizellen, die Melina Schuh und ihre Mitarbeiter im Jahr 2015 veröffentlichten. Darin zeigen sie bis ins molekulare Detail wie altersbedingte Veränderungen in der Chromosomen-Architektur von weiblichen Keimzellen eine erfolgreiche Meiose vereiteln können.

Menschliche Eizelle © Zuzana Holubcova und Melina Schuh

„Die Chromosomen in einer Eizelle sind so alt wie die Frau selbst“, sagt die Göttinger Wissenschaftlerin. Das heißt, mit 40 Jahren haben Frauen auch 40 Jahre alte Chromosomen. Während dieses langen Zeitraums haben sich die Erbgutträger häufig gelockert und fallen teilweise auseinander, weshalb der Chromosomensatz oft nicht mehr kontrolliert halbiert werden kann.

Melina Schuh hat diese Prozesse mit modernen Hochleistungsmikroskopen beobachtet. Was sie auch erkennen konnte: Die sogenannte Spindel, ein Proteinapparat, der normalerweise für eine korrekte Ausrichtung und Trennung der Chromosomen sorgt, kann die aufgelockerten Chromosomen in den Eizellen älterer Frauen oft nicht mehr richtig ausrichten. Dann fehlt den Erbgutträgern die Orientierung, sie drehen sich in falsche Richtungen und können nicht korrekt voneinander getrennt werden. Wird eine solche Eizelle befruchtet, stirbt der Embryo normalerweise binnen Kurzem ab.

Zwar konnte das Team um Melina Schuh bei rund 40 Prozent der Eizellen von 35- bis 40-jährigen Frauen Schäden in der Chromosomen-Architektur nachweisen. Doch das müsse nicht zwangsläufig Probleme verursachen, sagt die Forscherin: „Auch Frauen jenseits der 40 können völlig intakte Chromosomen haben.“ Bemerkenswert seien zudem die großen Unterschiede zwischen Frauen gleichen Alters.

Zellspenden für die Forschung
Ihre Entdeckungen machte Melina Schuh als Gruppenleiterin am renommierten MRC Laboratory of Molecular Biology im britischen Cambridge. Neben Versuchen an Eizellen von Mäusen untersuchte sie mit ihrem Team auch die Reifung weiblicher Keimzellen. Dabei nutzte sie unbefruchtete menschliche Eizellen aus der nahe gelegenen Bourn Hall Clinic, die bei künstlichen Befruchtungen übrig geblieben waren und verworfen werden mussten. In dieser Klinik war im Jahr 1978 Louise Brown zur Welt gekommen, das erste im Reagenzglas gezeugte Baby. „Für unsere Studien haben wir rasch grünes Licht von der zuständigen Ethikkommission erhalten. Und selbstverständlich wurden nur Eizellen verwendet, deren Spenderinnen ausdrücklich einer wissenschaftlichen Nutzung zugestimmt hatten“, sagt Melina Schuh. Sie ist zuversichtlich, dass sich bald auch in Göttingen, wo sie seit Anfang 2016 forscht, eine vergleichbare Kooperation mit einer reproduktionsmedizinischen Klinik aufbauen lässt.

Gab es etwas, das die Wissenschaftlerin bei ihren Untersuchungen überrascht hat? Ja, sagt sie, die Entwicklung der menschlichen Eizelle sei noch langsamer, komplexer und störungsanfälliger als erwartet: „Bei der Maus oder auch in normalen Körperzellen des Menschen sind die Abläufe viel robuster.“ Womöglich, spekuliert Melina Schuh, übt die Natur bei Spezies wie der Maus, bei denen es auf eine hohe Zahl von Nachkommen ankomme, von Anfang an eine strengere Qualitätskontrolle als beim Menschen aus.

Grundlagenforschung sei faszinierend, sagt die junge Wissenschaftlerin, die mit ihrem Mann zwei Kinder großzieht. „Aber ich wünsche mir auch, dass unsere Ergebnisse praktischen Nutzen haben und Frauen helfen, ihren Kinderwunsch zu erfüllen.“ Entsprechende Ideen gebe es schon, darüber reden lasse sich nach erfolgreicher Bewährungsprobe im Labor.

Von Lilo Berg

Literatur:
Zuzana Holubcová, Martyn Blayney, Kay Elder, Melina Schuh: Error-prone chromosome-mediated spindle assembly favors chromosome segregation defects in human oocytes, Science Translational Medicine (2015), 348 (6239), 1143-1147. doi: 10.1126/science.aaa9529

Agata P Zielinska, Zuzana Holubcová, Martyn Blayney, Kay Elder, Melina Schuh: Sister kinetochore splitting and precocious disintegration of bivalents could explain the maternal age effect, eLife 4:e11389 (2015). doi: 10.7554/eLife.11389

Foto Startseite/ oben: Menschliche Eizelle. Zu sehen sind das Aktin (blau), das die Eizelle umgibt, die Spindel (weiß) sowie Chromosomen (pink). Erzeugt wurde das Bild mit einem konfokalen Mikroskop, das mit Lasern optische Schnitte durch die Eizelle erstellen kann. Die Chromosomen, Aktin und die Spindel wurden zuvor in einer fixierten Eizelle angefärbt. Copyright: Zuzana Holubcova und Melina Schuh, MPI für biophysikalische Chemie

Publikation

Günter Stock, Hans Bertram,
Alexia Fürnkranz-Prskawetz,
Wolfgang Holzgreve, Martin Kohli,
Ursula M. Staudinger (Hg.):

Zukunft mit Kindern Fertilität und gesellschaftliche Entwicklung in Deutschland, Österreich und der Schweiz
kartoniert, 473 Seiten,
div. Abbildungen und Tabellen
Frankfurt am Main, New York:
Campus Verlag 2012
ISBN 978-3-593-39753-5