HABILITATIONSSCHRIFT

 


Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – University of Veterinary Medicine Hannover – Foundation / Library

 

Mahnaz Ekhlasi-Hundrieser

 

Struktur-Funktionsbeziehungen

spermienbindender Proteine des männlichen

Reproduktionstrakts beim Säuger

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-h2508

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Habilitationsschrift, 2010

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/h_ekhlasi-hundrieser10.pdf

Zusammenfassung

Während der Passage der Spermien durch den Nebenhoden finden komplexe Veränderungen und Modifikationen der Spermienoberfläche statt. Die kontinuierliche Umstrukturierung der Spermienoberfläche determiniert den Interaktionsmodus von exogenen Proteinen mit den Spermien. Eine Reihe von sekretorischen Proteinen assoziiert mit der Spermienoberfläche. Am Ende dieser komplexen Umstrukturierungen resultieren Spermatozoen, die die Fähigkeit erworben haben, eine Eizelle zu befruchten. Biologische Funktion und die Bedeutung dieser Proteine im Befruchtungsprozess sind bislang nur unzureichend beschrieben worden. In der vorliegenden Arbeit wurde Struktur-Funktionsbeziehungen der beteiligten Proteine des männlichen Reproduktionstrakts beim Säuger untersucht.

Spermadhäsine und Fibronektin Typ II-Modul Proteine sind wesentliche Proteinfamilien des männlichen Genitaltrakts. Strukturell unterscheiden sich die beiden Proteinfamilien erheblich. Spermadhäsine besitzen als gemeinsames strukturelles Merkmal die CUB-Domäne. Sie wurden bisher nur bei Spezies beobachtet, die taxonomisch zur Gruppe der Ungulaten zählen. Hauptsyntheseorte sind die akzessorischen Geschlechtsdrüsen. Sie assoziieren an die Spermienmembran und besitzen ähnlich wie Lektine kohlenhydratbindende Eigenschaften; darüber hinaus sind Spermadhäsine auch an der Interaktion mit der Zona Pellucida beteiligt. Trotz der strukturellen Ähnlichkeit und ausgeprägten Sequenzübereinstimmung besitzen porzine Spermadhäsine signifikant unterschiedliche Funktionen im Verlauf der Fertilisation. Die Bindungsfähigkeit von Spermien an Oligomannosylstrukturen sowie die Ergebnisse der Inhibitionsstudien mit Spermadhäsin AQN-1 lassen es als sehr wahrscheinlich erscheinen, dass AQN-1 als putatives Rezeptormolekül die Bindung von Spermien an das Oviduktepithel vermittelt und an der Etablierung/Formierung eines funktionellen Spermienreservoirs beteiligt ist. Vergleichbare Funktionen können den anderen porzinen Spermadhäsinen nicht zugedacht werden. Die Mannosebindung von AQN-1 wird durch die Kohlenhydraterkennungsdomäne determiniert. Substitution der Aminosäure Gly54 innerhalb dieses Motivs durch geladene Aminosäuren führt zu einem Verlust der Mannosebindungs­fähigkeit, hingegen erhält der Austausch von Gly54 durch Aminosäuren mit ungeladenen Seitengruppen selektive Zuckerbindungsfähigkeit. Offensichtlich sind die an Position 54 vorliegenden Aminosäuren (Gly54) bedeutsam für die Kohlenhydrat­erkennungsdomäne der Spermadhäsine. Charakteristisch für Fn2-Proteine ist das Vorliegen von zwei bis vier tandemartig angeordneten Fn2-Domänen. Anders als bei den Spermadhäsinen wurden Fn2‑Proteine bei einer umfassenden Zahl von Säugern nachgewiesen. Bei Säugern (Mensch, Maus, Ratte und Ungulaten) wurde speziesabhängig eine regionalisierte Expression der kurzen und langen Vertreter der Fn2-Proteinfamilien nachgewiesen. Sowohl Vertreter der langen als auch der kurzen Fn2-Proteine besitzen Phosphorylcholin-Bindungsstellen und können bedingt durch die verschiedenen Syntheseorte nur in den entsprechenden Bereichen bzw. während der Ejakulation eine feste Bindung mit der Spermienoberfläche eingehen.

 

Diese beiden verschiedenen Proteinklassen weisen synergistische Modi der Bindung an die Spermienmembran auf. Im Ovidukt binden beide Proteinfamilien (Spermadhäsine und kurze Fn2‑Proteine) an unterschiedliche Glykoproteine. Da die beteiligten Molekülsysteme auch im heterologen System funktionell interagieren, scheint die Hauptfunktion darin zu bestehen, die ankommenden Spermien im Eileiter einzufangen, wobei der Spermienkopf nahe an die Mukosaschicht gebracht wird. Während Spermadhäsine und Fn2-Proteine strukturell divergieren, zeichnet sich aus funktioneller Sicht eine konvergente Entwicklung ab. Die Identifizierung speziesspezifischer Interaktionspartner (AQN-1 und Oligomannosylstrukturen beim Schwein; BSP‑A1/2 und fucosehaltige Glykane beim Rind), reflektiert, dass sich bei Schwein und Rind strukturell verschiedene Molekülsysteme entwickelt haben und mechanistisch an der Etablierung/Formierung eines funktionellen Spermienreservoirs beteiligt sind. Porzine Spermadhäsine und bovine Fn2-Proteine sind somit als funktionelle Äquivalente anzusehen.

 

keywords

Spermadhäsine, Fibronektin Type II-Modul Proteine (Fn2-Proteine), Spermien-Ovidukt Interaktionen; Spermadhesins, Fibronectin type II-module proteins, Sperm-Oviduct Interactions

kb

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