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Einfluss von Umweltsubstanzen auf die Spermatozoenfunktion

Aires, Viviana Andrea


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Dermatologie und Andrologie
Fachgebiet 1: Biologie
Fachgebiet 2: Medizin
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 03.09.2002
Erstellungsjahr: 2002
Publikationsdatum: 13.09.2002
Kurzfassung auf Deutsch: Unfruchtbarkeit bei Mensch und Tier wird zunehmend der Belastung der Natur durch Schadstoffe zugeschrieben. Neben den vom
Menschen in die Umwelt eingebrachten Chemikalien wird auch die alimentäre Aufnahme pflanzlicher Produkte diskutiert, die einen Einfluss
auf die Fertilität haben können. Genistein gehörtzur Gruppe der Phytoöstrogene deren Struktur denen von endogenen Östrogenen in
Mensch und Tier ähnelt. Diese Wirkstoffe konnten ubiquitär in der Pflanzenwelt, wie z. B. in Sojabohnen oder Hopfen nachgewiesen
werden. Ziel der Arbeit war es mit Genistein als Modellsubstanz ein valides und reproduzierbares in vitro Testsystem für den Nachweis
negativer Einflüsse von Umweltsubstanzen auf die Spermatozoenfunktion einzusetzen und die molekularen Mechanismen zu evaluieren, mit
denen Genistein die Funktion von Samenzellen beeinflusst. Als Testzellen wurden Rinderejakulate verwendet, die unter Zusatz des
Verdünners AndroMed® eingefroren wurden; AndroMed® enthält im Gegensatz zu konventionellen Kryoprotektiva kein tierisches Eiweiß (i.
d. R. Hühnereigelb). Es konnte gezeigt werden, dass AndroMed®-kryokonservierte bovine Spermatozoen als Testzellen für die
Bestimmung von Spermatozoenfunktionen geeignet sind. Für sämtliche essenziellen Spermatozoenfunktionen konnten valide und
reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Somit wurden biochemische Untersuchungen erleichtert bzw. erst ermöglicht, weil keine im
Einfriermedium befindlichen tierischen Eiweiße die Werte verfälschten. Es ist bekannt, dass Genistein die Bindung von Spermatozoen an
die Zona pellucida hemmt. In der Arbeit konnte jetzt gezeigt werden, dass Genistein in vitro weder einen zytotoxischen Effekt auf
Rinderspermatozoen ausübt, noch die Beweglichkeit der Samenzellen beeinflusst. Auch verändert Genistein das
Tyrosinphosphorylierungsmuster von Spermatozenproteinen während der Kapazitation nicht wesentlich. Die Wahl der Zellkulturmedien und
kapazitationsfördernden Zusätze hatte einen Einfluss auf die Tyrosinphosphorylierung. Beim Vergleich von eingefrorenen und frischen
Samenzellen fanden sich abhängig vom Kapazitationsmedium Unterschiede im Phosphorylierungsmuster. Im Chlortetracyclin-Assay
konnte gefunden werden, dass Genistein die Kapazitation von Spermatozoen nicht beeinflusst. Allerdings wurde bei den Untersuchungen
zur Induzierbarkeit der Akrosomreaktion mit physiologischen Induktoren festgestellt, dass Genistein die mit Progesteron- oder ZP3-6
Peptid-induzierte akrosomale Exozytose hemmt.


Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mit AndroMed® kryokonservierte Test-Spermatozoen dazu geeignet sind
nachzuweisen, dass die hemmende Wirkung des Phytoöstrogens Genistein auf die Spermatozoen-Zona pellucida Interaktion nicht auf eine
Beeinträchtigung der Vitalität, Motilität oder der Protein-Tyrosinphosphorylierung während der Kapazitation zurückzuführen ist, sondern
einen direkten Effekt auf Signaltransduktionsmechanismen hat, die an der Akrosomreaktion beteiligt sind.
Kurzfassung auf Englisch: It has been suspected that certain synthetic chemicals and natural plant products may affect fertility adversely. These substances have been
associated with reproductive problems in wildlife and in humans. Genistein, a phytoestrogen, belongs to a group of natural isoflavones
present in e.g. soybean and hops. It has been identified in human and animal biological fluids and is present in foodstuffs. The objective of
this study was to establish a valid and reproducible in vitro test system with genistein as a test substance to evaluate the effects of
environmental compounds on sperm functions and to evaluate which molecular mechanisms in spermatozoa are affected by this
compound. Bovine spermatozoa cryopreserved with AndroMed® were used as test cells. In contrast to standard diluents, AndroMed®
contains no proteins of animal origin such as egg yolk proteins. The results show that AndroMed®-cryopreserved bovine spermatozoa are
suitable test cells for the analysis of sperm functions. Reproducible results were obtained for all sperm functions tested. It is known that
genistein can block the binding of spermatozoa to the zona pellucida. In the present study, it was demonstrated that genistein in vitro has
neither cytotoxic effects on bovine spermatozoa nor effects on sperm motility. In addition, the incubation of spermatozoa with genistein
does not appreciably alter tyrosine phosphorylation of proteins during capacitation.The choice of medium and additives to promote
capacitation was found to have an influence on protein tyrosine phosphorylation. Comparing cryopreserved and fresh spermatozoa
differences in tyrosine phosphorylation were observed, when different capacitation media were applied. Using the chlortetracycline assay, it
was shown that genistein has no effect on sperm capacitation. However, in assessing of the inducibility of the acrosome reaction with
physiological inducers, it was determined that genistein inhibits progesterone- and ZP3-6 peptide-induced acrosomal exocytosis.


In summary, we found that AndroMed®-cryopreserved sperm preparations are suitable for testing the effects of the phytoestrogen
genistein. Furthermore, the inhibitory effect of genistein on the spermatozoa-zona pellucida interaction is not due to impairment of vitality,
motility, or protein tyrosine phosphorylation, but rather to a direct effect on the signal transduction mechanisms involved in the acrosome
reaction.