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Lokalisation und Relevanz von Porin Subtypen im bovinen Hoden

Lokalization and relevance of porin types in bovine testis

Asmarinah


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Porin , VDAC , Hoden , Spermatozoen , Motilität , Akrosomreaktion
Freie Schlagwörter (Englisch): porin , VDAC , testis , spermatozoa , motility , acrosome reaction
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Dermatologie und Andrologie
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 26.02.2003
Erstellungsjahr: 2002
Publikationsdatum: 06.03.2003
Kurzfassung auf Deutsch: Porine sind spannungsabhängige Anionenkanäle (VDAC, voltage dependent anion channel),
die nicht nur im Mitochondrium sondern auch in der Plasmamembran von Säugetieren
nachzuweisen sind. Über das Vorkommen und die Funktion von Porinen in Zellen des
Säugetierhodens ist nur wenig bekannt. Aus der Literatur kann aufgrund von Analogien zu
somatischen Zellen die Hypothese aufgestellt werden, dass Porine z. B. bei der Motilität, der
Induktion der Akrosomreaktion oder bei dem strukturellen Aufbau von
Säugetierspermatozoen eine Rolle spielen. Ziel der Dissertationsarbeit war der Nachweis und
die Lokalisation von Porin Subtypen während der Spermatogenese sowie die Bedeutung
dieser Kanäle für die Regulation von Spermatozoenfunktionen. Porin Subtypen 1 und 2
wurden mittels spezifischer Antikörper im bovinen Hoden dargestellt. Die Expression von
Porin Subtypen 1 und 2 mRNA in Zellen des Bullenhodens konnte durch gentechnologische
Methoden den Zellen zugeordnet werden. Mittels Immunfluoreszenz mit bovinen
Spermatozoen wurde gezeigt, dass Porin Subtypen in unterschiedlichen Regionen (Kopf,
Mittelstück, Flagellum) des Spermatozoons zu finden sind. Die Ergebnisse zeigen, dass
aufgrund ihrer multitopologischen Lokalisation in Samenzellen Porin Subtypen
möglicherweise auch differente Funktionen in den Kompartimenten des Spermatozoons
regulieren. Die gentechnologischen und immunhistochemischen Untersuchungen zeigten
übereinstimmend, dass Porin Subtypen in verschiedenen Zellarten des Säugetier Hodens
exprimiert werden. Von großer Bedeutung ist, dass Porin 1 und Porin 2 Subtypen sowohl als
mRNA wie auch als Protein kein einheitliches und kein Entwicklungsstadien-spezifisches
Expressionsmuster aufweisen. Dieses Ergebnis deutet auf eine differenzierte Porin-Funktion
während der Spermatogenese hin. Erste Hinweise für die funktionelle Bedeutung von Porin
Subtypen für die Akrosomreaktion und für die Motilität der Samenzelle wurden durch den
Einsatz von spezifischen anti-Porin Antikörpern gewonnen. Porin Antikörper scheinen die
akrosomale Exocytose in Spermatozoen auszulösen, wohingegen die Spermienmotilität im
Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Wegen der unbekannten Signaltransduktionskaskaden,
über die Porine an der Regulation der Spermatozoenfunktion beteiligt sein könnten und nicht
zuletzt auch wegen der geringen Anzahl an funktionellen Experimenten mit anti-Porin
Antikörpern können vorerst aber noch keine definitiven Aussagen über die Funktion von
Porin Subtypen in Spermatozoen gemacht werden. Die erhobenen Ergebnisse werden aber als
Ausgangspunkte für weitere Untersuchungen dienen.
Kurzfassung auf Englisch: Porins are voltage dependent anion channels (VDAC) that are abundant not only in
mitochondria but also in mammalian plasma membranes. So far, almost nothing is known
about the presence and the function of Porin in the testis. Looking into literature the following
hypothesis can be established in analogy to the knowledge that has been gained in somatic
cells, Porins could possibly be involved in the regulation of exocytotic events in spermatozoa
as well as in the maintenance of the structure of the flagellum and sperm motility. The aim of
the study was to evaluate the localisation of Porin subtypes during spermatogenesis and the
relevance of this anion channel in the regulation of sperm function. Using specific anti-Porin
antibodies, the presence of Porin 1 and 2 could be demonstrated in bovine testis. By the use of
RT-PCR and in situ hybridisation, the expression of mRNAs of both porin subtypes could be
shown in particular bovine testes cells. Using the immune fluorescence method, anti-Porin
antibodies produced particular staining patterns for each subtype in the head (acrosome),
midpiece (mitochondria) and principal piece of the flagellum. The results demonstrate that,
because of their multitopological localisation in sperm cells, Porin subtypes might regulate
different functions in particular sperm compartments. In situ hybridisation and immune
histochemical methods consistently showed that Porin subtypes were present in different cell
types of the mammalian testis, e.g., in spermatogenic cells and in Sertoli cells. It is important
to note that the staining patterns for Porin 1 and 2 mRNA and protein displayed no uniformity
for developmental stages during spermatogenesis. The results obtained lead to the hypothesis
that Porin subtypes might have different and individual functions during spermatogenesis.
Preliminar evidence for the possible functional impact of Porin upon sperm motility and
acrosome reaction has been found by the use of specific anti-Porin antibodies. The results
obtained show a tendency towards the assumption that Porin antibodies induce the acrosomal
exocytosis in bovine sperm, whereas motility seemed not to be affected. However, because of
the yet unknown signal transduction cascades and last but not lease because of the low
numbers of functional experiments, no conclusive statements about the possible roles of Porin
subtypes in sperm physiology can be made. This set of data obtained, however, will be the
basis for future scientific investigations.