Giessener Elektronische Bibliothek

GEB - Giessener Elektronische Bibliothek

Hinweis zum Urheberrecht

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-59879
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2008/5987/


Untersuchungen zur Lokalisation und Funktion von Voltage-dependent Anion Channel (VDAC) 1, 2 und 3 in bovinen Spermatozoen

Investigations to localisation and function of voltage-dependent anion channel (VDAC) 1, 2 and 3 in bovine spermatozoa

Triphan, Xenia


pdf-Format: Dokument 1.pdf (2.689 KB)

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us
Freie Schlagwörter (Deutsch): Spermatozoen , VDAC , Akrosomreaktion , Volumenregulation
Freie Schlagwörter (Englisch): spermatozoa , VDAC , acrosome reaction , volume regulation
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Dermatologie und Andrologie, Hautklinik, Abt. Allgemeine Dermatologie und Andrologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.04.2008
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 17.06.2008
Kurzfassung auf Deutsch: VDAC (voltage-dependent anion channel) ist ein kleines, Poren-formendes Protein, welches
synonym als Porin bezeichnet wird. Es kommt sowohl in Bakterien, als auch in der äußeren
mitochondrialen Membran sowie in der Plasmamembran somatischer Zellen vor.


Die Ziele dieser Arbeit waren 1.) Reinigung spezifischer anti-VDAC Antikörper und deren
Charakterisierung bezüglich ihrer Affinität und ihrer Isoform-Spezifität, 2.) Lokalisation von
VDAC1, 2, und 3 in bovinen ejakulierten Spermatozoen und 3.) Untersuchungen zur
funktionellen Bedeutung von VDAC für die Spermatozoenmotilität und bezüglich des
akrosomalen Status mit Hilfe der anti-VDAC Antikörper.

Die Spezifität der Antikörper wurde durch Immunoblots mit rekombinantem VDAC1, 2 und 3
überprüft. Soweit bekannt, sind mit dieser Arbeit die ersten mono-spezifischen AK gegen alle
drei VDAC Isoformen charakterisiert worden.


Die immunzytochemischen Untersuchungen zeigten, dass VDAC1 im akrosomalen Bereich
und in der fibrösen Hülle des Flagellum-Hauptstücks lokalisiert werden konnte. VDAC2
wurde im Flagellum und VDAC3 in den Mantelfasern (ODF = outer dense fibers) detektiert.
Die Präsenz von VDAC2 und 3 in den ODF konnte mit Hilfe des Immunoblots bestätigt
werden. Alle drei VDAC Isoformen konnten somit in bovinen Spermatozoen lokalisiert
werden und zwar wie beschrieben in unterschiedlichen Kompartimenten. Der Nachweis von
VDAC2 und 3 in den ODF ist zugleich der erstmalige Nachweis von VDAC in einer nicht
membranären Struktur. Dies lässt die Hypothese zu, dass es sich bei VDAC nicht nur um ein
Kanal bildendes Protein handeln könnte und es in ODF eine andere Funktion als in
Mitochondrien oder Plasmamembranen haben könnte.


Die Analyse der Spermatozoenmotilität zeigte nach Inkubation mit anti-VDAC2 Antikörper
eine statistisch signifikante Abnahme der Gesamtmotilität. Für diesen Effekt konnte eine
Dosis-Wirkungs-Abhängigkeit gezeigt werden.


Weiterhin riefen alle drei anti-VDAC Antikörper unterschiedlich stark ausgeprägte
morphologische Veränderungen im akrosomalen Bereich des Kopfes hervor: Nach 4h
Inkubation zeigte sich ein höherer Verlust an intakten Akrosomen im Vergleich zur Kontrolle.
VDAC scheint somit wichtig für die Spermatozoenmotilität und die morphologische Integrität
des Akrosoms zu sein.


In der Rasterelektronenmikroskopie konnten die durch anti-VDAC Antikörper hervorgerufene
Veränderungen der Spermatozoenköpfe in Form von Membranablösungen und einer Bläschenbildung im Bereich des Akrosoms bestätigt werden. Die distalen Anteile des
Flagellums waren häufig eingerollt. Dies sind Hinweise darauf, dass VDAC in die
Volumenregulation von Spermatozoen involviert sein könnte.


Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die die physiologische Bedeutung von VDAC in
Spermatozoen näher zu definieren.
Kurzfassung auf Englisch: VDACs (voltage-dependent anion channels) or porins are small pore-forming proteins first
identified in outer mitochondrial membranes. VDAC was also found in bacterial membranes
as well as in the plasma membrane of somatic cells.


The aims of this study were 1) to purify and subsequently characterise specific anti-VDAC
antibodies, 2) to localise VDAC1, 2 and 3 in ejaculated bovine spermatozoa and 3) to
determine the effect of anti-VDAC antibodies upon bovine sperm function, e.g. motility and
acrosomal status.


The specificity of the antibodies was demonstrated by immunoblotting using recombinant
VDAC1, 2 and 3. The results obtained in this thesis revealed that monospecific antibodies for
all three VDAC isoforms were generated. Immunofluorescence microscopy suggests that
VDAC1 protein is present in the sperm acrosome and in the fibrous sheath of the flagellum.
The data showed that anti-VDAC2 and anti-VDAC3 antibodies bound to the sperm flagellum,
in particular to the ODF (= outer dense fibers). The presence of VDAC2 and 3 in ODF was
strengthened by immunoblotting results. All three VDAC isoforms could be identified in
bovine spermatozoa and were located in different sperm compartments. Extra membranous
localisation of VDAC2 and 3 in the ODF of the sperm flagellum could be demonstrated for
the first time. We propose that VDAC might have different physiological functions in ODF
than in mitochondria or cell plasmamembranes.

Sperm motion analysis after incubation with anti-VDAC2 antibodies yielded a decrease of
sperm motility. A dose-dependency could be demonstrated for this effect.
After incubation of spermatozoa with anti-VDAC antibodies it could be observed that
antibodies against all three VDAC isoformes caused morphological alterations at the
acrosome that finally led to an acrosomal loss.


These morphological changes of the acrosome observed in light microscopy studies could be
confirmed by scanning electron microscopical studies. Furthermore, morphological alterations
of the sperm tail were apparent. “Pig tail”-like structures at the tip of the flagellum, commonly
seen when spermatozoa are subjected to hypoosmotic conditions, suggest that VADAC might
be involved in sperm volume regulation.

It can be concludeed that VDAC Isoformes in bovine spermatozoa are involved in regulation
of different sperm functions, e.g. the maintenance of acrosomal integrity and possibly in
sperm volume regulation. However, the potential functional roles of VDACs in spermatozoa
need to be evaluated further and will be subject of future scientific investigations.