Der CatSper-Kanal (Cation Channel of Sperm) ist ein spermien-spezifischer Calciumkanal, der eine entscheidende Rolle bei der Hyperaktivierung von Spermien spielt – einem Bewegungsmuster, das für eine erfolgreiche Befruchtung erforderlich ist (1, 2). Der CatSper-Kanal befindet sich im Hauptstück des Spermienflagellums und besteht aus vier porenbildenden Untereinheiten (CatSper 1–4) sowie mehreren Hilfsproteinen, was ihn zu einem der komplexesten bekannten Ionenkanäle macht (3).

CatSper wird durch physiologische Stimuli wie Progesteron und Prostaglandine aktiviert, was zu einem Calcium-Einstrom führt, der Veränderungen in der Spermienbeweglichkeit bewirkt (4, 5). Beim Menschen sind genetische Mutationen in den CATSPER-Genen seit Langem mit männlicher Unfruchtbarkeit assoziiert (6-14). Männer mit einem Verlust der CatSper-Funktion weisen eine normale Spermienproduktion und Samenqualität auf (10-14). Folglich werden Männer mit CatSper-Defiziten oft mit „unerklärter“ Unfruchtbarkeit diagnostiziert und erleben Befruchtungsversagen bei intrauteriner Insemination (IUI) und konventioneller In-vitro-Fertilisation (IVF), sodass eine intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI) für die Empfängnis erforderlich ist (10-12, 14).

Männer mit Deletionen im CATSPER2-Gen leiden häufig an leicht- bis mittelschwerem Hörverlust aufgrund des gleichzeitigen Verlusts des STRC-Gens, das für Stereocilin kodiert, ein Protein, das für die Hörfunktion essenziell ist (8). Dieses als Taubheits-Unfruchtbarkeits-Syndrom bekannte Krankheitsbild entsteht, weil CATSPER2 und STRC benachbart auf Chromosom 15 liegen. Während der genetischen Rekombination werden diese Gene häufig zusammen als ein großes Segment deletiert, obwohl sie völlig unterschiedliche biologische Funktionen haben – eines in der Spermienfunktion und das andere im Innenohr (15).

Im Gegensatz zu anderen Ursachen männlicher Unfruchtbarkeit wird die CatSper-Dysfunktion durch genetische Veränderungen verursacht und nicht durch Lebensstil- oder Umweltfaktoren beeinflusst. Bisher wurden genetische Anomalien in CATSPER1, CATSPER2, CATSPER3 und CATSPERε (Epsilon) identifiziert, wobei CATSPER2-Deletionen die häufigste Ursache sind (10, 14, 15).

Da diese Mutationen autosomal rezessiv vererbt werden, wird genetische Testung empfohlen, um das reproduktive Risiko für zukünftige Nachkommen zu bewerten. Männer mit CatSper-Defekten werden eine Mutation weitergeben, und wenn ihre Partnerin Trägerin derselben Mutation ist, könnten ihre männlichen Nachkommen Unfruchtbarkeit erben, und sowohl männliche als auch weibliche Nachkommen könnten eine Hörminderung entwickeln, falls auch STRC betroffen ist. Genetische Beratung kann helfen festzustellen, ob die weibliche Partnerin Trägerin ist, und bietet Orientierung zu reproduktiven Optionen, um das Risiko von vererbter Unfruchtbarkeit oder Hörbeeinträchtigung in zukünftigen Generationen zu verringern.

Die CE-gekennzeichneten CatFlux Solutions für die Durchführung des CatSper-Tests stellen das erste In-vitro-Diagnostikum dar, das die CatSper-Funktion in menschlichen Spermien bewertet und somit eine entscheidende Lücke in der Diagnose unerklärter männlicher Unfruchtbarkeit schließt. Entwickelt von Wissenschaftlern und Klinikern der Reproduktionsmedizin an der Universität Münster in Deutschland, bieten CatFlux Solutions eine einfache, schnelle und zuverlässige Methode zur Identifizierung von CatSper-bedingter Unfruchtbarkeit. Dieser Test ermöglicht es Klinikern, eine CatSper-Dysfunktion frühzeitig zu diagnostizieren, unnötige fehlgeschlagene IUI- und IVF-Zyklen zu vermeiden und Patienten direkt zu evidenzbasierten Behandlungsoptionen wie ICSI zu führen (10).

1. D. Ren, B. Navarro, G. Perez, A. C. Jackson, S. Hsu, Q. Shi, J. L. Tilly, D. E. Clapham, A sperm ion channel required for sperm motility and male fertility. Nature 413, 603–609 (2001).
2. H. Qi, M. M. Moran, B. Navarro, J. A. Chong, G. Krapivinsky, L. Krapivinsky, Y. Kirichok, I. S. Ramsey, T. A. Quill, D. E. Clapham, All four CatSper ion channel proteins are required for male fertility and sperm cell hyperactivated motility. Proc. Natl. Acad. Sci. 104, 1219–1223 (2007).
3. H. Wang, L. L. McGoldrick, J. J. Chung, Sperm ion channels and transporters in male fertility and infertility. Nat. Rev. Urol. 18, 46–66 (2021).
4. P. V. Lishko, I. L. Botchkina, Y. Kirichok, Progesterone activates the principal Ca2+ channel of human sperm. Nature 471, 387–391 (2011).
5. T. Strünker, N. Goodwin, C. Brenker, N. D. Kashikar, I. Weyand, R. Seifert, U. B. Kaupp, The CatSper channel mediates progesterone-induced Ca2+ influx in human sperm. Nature 471, 382–386 (2011).
6. M. R. Avenarius, M. S. Hildebrand, Y. Zhang, N. C. Meyer, L. L. H. Smith, K. Kahrizi, H. Najmabadi, R. J. H. Smith, Human Male Infertility Caused by Mutations in the CATSPER1 Channel Protein. Am. J. Hum. Genet. 84, 505–510 (2009).
7. N. Avidan, H. Tamary, O. Dgany, D. Cattan, A. Pariente, M. Thulliez, N. Borot, L. Moati, A. Barthelme, L. Shalmon, T. Krasnov, E. Ben-Asher, T. Olender, M. Khen, I. Yaniv, R. Zaizov, H. Shalev, J. Delaunay, M. Fellous, D. Lancet, J. S. Beckmann, CATSPER2, a human autosomal nonsyndromic male infertility gene. Eur. J. Hum. Genet. 11, 497–502 (2003).
8. Y. Zhang, M. Malekpour, N. Al-Madani, K. Kahrizi, M. Zanganeh, M. Mohseni, F. Mojahedi, A. Daneshi, H. Najmabadi, R. J. H. Smith, Sensorineural deafness and male infertility: A contiguous gene deletion syndrome. J. Med. Genet. 44, 233–240 (2007).
9. J. F. Smith, O. Syritsyna, M. Fellous, C. Serres, N. Mannowetz, Y. Kirichok, P. V. Lishko, Disruption of the principal, progesterone-activated sperm Ca2+ channel in a CatSper2-deficient infertile patient. Proc. Natl. Acad. Sci. 110, 6823–6828 (2013).
10. S. Young, C. Schiffer, A. Wagner, J. Patz, A. Potapenko, L. Herrmann, V. Nordhoff, T. Pock, C. Krallmann, B. Stallmeyer, A. Röpke, M. Kierzek, C. Biagioni, T. Wang, L. Haalck, D. Deuster, J. N. Hansen, D. Wachten, B. Risse, H. M. Behre, S. Schlatt, S. Kliesch, F. Tüttelmann, C. Brenker, T. Strünker, Human fertilization in vivo and in vitro requires the CatSper channel to initiate sperm hyperactivation. J. Clin. Invest. 134, e173564 (2024).
11. H. L. Williams, S. Mansell, W. Alasmari, S. G. Brown, S. M. Wilson, K. A. Sutton, M. R. Miller, P. V Lishko, C. L. R. Barratt, S. J. Publicover, S. Martins da Silva, Specific loss of CatSper function is sufficient to compromise fertilizing capacity of human spermatozoa. Hum. Reprod. 30, 2737–2746 (2015).
12. T. Luo, H. Chen, Q. Zou, T. Wang, Y. Cheng, H. Wang, F. Wang, Z. Jin, Y. Chen, S. Weng, X. Zeng, A novel copy number variation in CATSPER2 causes idiopathic male infertility with normal semen parameters. Hum. Reprod. 34, 414–423 (2019).
13. S. G. Brown, M. R. Miller, P. V. Lishko, D. H. Lester, S. J. Publicover, C. L. R. Barratt, S. M. Da Silva, Homozygous in-frame deletion in CATSPERE in a man producing spermatozoa with loss of CatSper function and compromised fertilizing capacity. Hum. Reprod. 33, 1812–1816 (2018).
14. J. Wang, H. Tang, Q. Zou, A. Zheng, H. Li, S. Yang, J. Xiang, Patient with CATSPER3 mutations-related failure of sperm acrosome reaction with successful pregnancy outcome from intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Mol. Genet. Genomic Med. 9, e1579 (2021).
15. M. S. Hildebrand, M. R. Avenarius, M. Fellous, Y. Zhang, N. C. Meyer, J. Auer, C. Serres, K. Kahrizi, H. Najmabadi, J. S. Beckmann, R. J. H. Smith, Genetic male infertility and mutation of CATSPER ion channels. Eur. J. Hum. Genet. 18, 1178–1184 (2010).