Lokalisation und Relevanz von Porin Subtypen im bovinen Hoden

Abstract

Porine sind spannungsabhängige Anionenkanäle (VDAC, < i> voltage dependent anion channel< /i> ),die nicht nur im Mitochondrium sondern auch in der Plasmamembran von Säugetierennachzuweisen sind. Über das Vorkommen und die Funktion von Porinen in Zellen desSäugetierhodens ist nur wenig bekannt. Aus der Literatur kann aufgrund von Analogien zusomatischen Zellen die Hypothese aufgestellt werden, dass Porine z. B. bei der Motilität, derInduktion der Akrosomreaktion oder bei dem strukturellen Aufbau vonSäugetierspermatozoen eine Rolle spielen. Ziel der Dissertationsarbeit war der Nachweis unddie Lokalisation von Porin Subtypen während der Spermatogenese sowie die Bedeutungdieser Kanäle für die Regulation von Spermatozoenfunktionen. Porin Subtypen 1 und 2wurden mittels spezifischer Antikörper im bovinen Hoden dargestellt. Die Expression vonPorin Subtypen 1 und 2 mRNA in Zellen des Bullenhodens konnte durch gentechnologischeMethoden den Zellen zugeordnet werden. Mittels Immunfluoreszenz mit bovinenSpermatozoen wurde gezeigt, dass Porin Subtypen in unterschiedlichen Regionen (Kopf,Mittelstück, Flagellum) des Spermatozoons zu finden sind. Die Ergebnisse zeigen, dassaufgrund ihrer multitopologischen Lokalisation in Samenzellen Porin Subtypenmöglicherweise auch differente Funktionen in den Kompartimenten des Spermatozoonsregulieren. Die gentechnologischen und immunhistochemischen Untersuchungen zeigtenübereinstimmend, dass Porin Subtypen in verschiedenen Zellarten des Säugetier Hodensexprimiert werden. Von großer Bedeutung ist, dass Porin 1 und Porin 2 Subtypen sowohl alsmRNA wie auch als Protein kein einheitliches und kein Entwicklungsstadien-spezifischesExpressionsmuster aufweisen. Dieses Ergebnis deutet auf eine differenzierte Porin-Funktionwährend der Spermatogenese hin. Erste Hinweise für die funktionelle Bedeutung von PorinSubtypen für die Akrosomreaktion und für die Motilität der Samenzelle wurden durch denEinsatz von spezifischen anti-Porin Antikörpern gewonnen. Porin Antikörper scheinen dieakrosomale Exocytose in Spermatozoen auszulösen, wohingegen die Spermienmotilität imWesentlichen unbeeinflusst bleibt. Wegen der unbekannten Signaltransduktionskaskaden,über die Porine an der Regulation der Spermatozoenfunktion beteiligt sein könnten und nichtzuletzt auch wegen der geringen Anzahl an funktionellen Experimenten mit anti-PorinAntikörpern können vorerst aber noch keine definitiven Aussagen über die Funktion vonPorin Subtypen in Spermatozoen gemacht werden. Die erhobenen Ergebnisse werden aber alsAusgangspunkte für weitere Untersuchungen dienen. Porins are voltage dependent anion channels (VDAC) that are abundant not only inmitochondria but also in mammalian plasma membranes. So far, almost nothing is knownabout the presence and the function of Porin in the testis. Looking into literature the followinghypothesis can be established in analogy to the knowledge that has been gained in somaticcells, Porins could possibly be involved in the regulation of exocytotic events in spermatozoaas well as in the maintenance of the structure of the flagellum and sperm motility. The aim ofthe study was to evaluate the localisation of Porin subtypes during spermatogenesis and therelevance of this anion channel in the regulation of sperm function. Using specific anti-Porinantibodies, the presence of Porin 1 and 2 could be demonstrated in bovine testis. By the use ofRT-PCR and < i> in situ< /i> hybridisation, the expression of mRNAs of both porin subtypes could beshown in particular bovine testes cells. Using the immune fluorescence method, anti-Porinantibodies 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 regulatedifferent functions in particular sperm compartments. < i> In situ< /i> hybridisation and immunehistochemical methods consistently showed that Porin subtypes were present in different celltypes of the mammalian testis, e.g., in spermatogenic cells and in Sertoli cells. It is importantto note that the staining patterns for Porin 1 and 2 mRNA and protein displayed no uniformityfor developmental stages during spermatogenesis. The results obtained lead to the hypothesisthat Porin subtypes might have different and individual functions during spermatogenesis.Preliminar evidence for the possible functional impact of Porin upon sperm motility andacrosome reaction has been found by the use of specific anti-Porin antibodies. The resultsobtained show a tendency towards the assumption that Porin antibodies induce the acrosomalexocytosis in bovine sperm, whereas motility seemed not to be affected. However, because ofthe yet unknown signal transduction cascades and last but not lease because of the lownumbers of functional experiments, no conclusive statements about the possible roles of Porinsubtypes in sperm physiology can be made. This set of data obtained, however, will be thebasis for future scientific investigations.