Rotational motion and rheotaxis of human sperm do not require functional CatSper channels and transmembrane Ca2+ signaling.

Schiffer, Christian; Rieger, Steffen; Brenker, Christoph; Young, Samuel; Hamzeh, Hussein; Wachten, Dagmar; Tüttelmann, Frank; Röpke, Albrecht; Kaupp, U Benjamin; Wang, Tao; Wagner, Alice; Krallmann, Claudia; Kliesch, Sabine; Fallnich, Carsten; Strünker, Timo

Forschungsartikel (Zeitschrift) | Peer reviewed

Zusammenfassung

Navigation of sperm in fluid flow, called rheotaxis, provides long-range guidance in the mammalian oviduct. The rotation of sperm around their longitudinal axis (rolling) promotes rheotaxis. Whether sperm rolling and rheotaxis require calcium (Ca2+ ) influx via the sperm-specific Ca2+ channel CatSper, or rather represent passive biomechanical and hydrodynamic processes, has remained controversial. Here, we study the swimming behavior of sperm from healthy donors and from infertile patients that lack functional CatSper channels, using dark-field microscopy, optical tweezers, and microfluidics. We demonstrate that rolling and rheotaxis persist in CatSper-deficient human sperm. Furthermore, human sperm undergo rolling and rheotaxis even when Ca2+ influx is prevented. Finally, we show that rolling and rheotaxis also persist in mouse sperm deficient in both CatSper and flagellar Ca2+ -signaling domains. Our results strongly support the concept that passive biomechanical and hydrodynamic processes enable sperm rolling and rheotaxis, rather than calcium signaling mediated by CatSper or other mechanisms controlling transmembrane Ca2+ flux.

Details zur Publikation

FachzeitschriftEMBO Journal
Jahrgang / Bandnr. / Volume39
Ausgabe / Heftnr. / Issue4
StatusVeröffentlicht
Veröffentlichungsjahr2020 (19.01.2020)
Sprache, in der die Publikation verfasst istEnglisch
DOI10.15252/embj.2019102363
Link zum Volltexthttps://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2019102363
StichwörterCa2+ signaling; CatSper; human sperm; rheotaxis; rolling

Autor*innen der Universität Münster

Brenker, Christoph
Institut für Reproduktions- und Regenerationsbiologie
Fallnich, Carsten
Professur für Angewandte Physik (Prof. Fallnich)
Kliesch, Sabine
Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie
Krallmann, Claudia
Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie
Rieger, Steffen
Physikalisches Institut (PI)
Röpke, Albrecht
Klinik für Medizinische Genetik
Schiffer, Christian
Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie
Strünker, Timo
Institut für Reproduktions- und Regenerationsbiologie
Tüttelmann, Frank
Institut für Reproduktionsgenetik
Young, Samuel
Institut für Reproduktions- und Regenerationsbiologie