Walther-Straub-Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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AG Boekhoff: Regulierte Exozytose und Chemosensorik

Arbeitsgruppenleiterin: Prof. Dr. Ingrid Boekhoff

(english version)

Arbeitsgruppenmitglieder: Elisabeth Arlt (M.Sc.), Lisa Fahr (Masterstudentin), Renate Heilmair (TA)

Das wissenschaftliche Interesse meiner Arbeitsgruppe konzentriert sich darauf, Funktionsprinzipien der Calcium-regulierten Vesikelfusion bzw. molekulare Mechanismen der peripheren Chemosensorik zu charakterisieren. Dabei bearbeiten wir zum einen Fragestellungen, die sich mit den Regulationsprinzipien der Ca2+-regulierten Exocytose beschäftigen. Da die Calcium-regulierte akrosomale Exocytose in Spermien, bei der hydrolysierende Enzyme zum Verdau der Eizellhülle freigesetzt werden, auffällige mechanistische Analogien zur vesikulären Exocytose in Neuronen aufweist, jedoch nicht durch gegenläufige Reaktionen wie Endocytose-Ereignisse überlagert wird (s. Abbildung 1), liegt ein Fokus unserer Untersuchungen gegenwärtig darin, Spermien als vereinfachtes zelluläres Modellsystem zu verwenden, und die daran gewonnenen Erkenntnisse zur Rolle von SNARE-Regulatoren und intraakrosomalen Calciumkanälen, wie die kürzlich identifizierten Vertreter der two pore channels (TPCs) auf ihre Allgemeingültigkeit in neurosekretorischen Zellen zu überprüfen. Parallel dazu untersuchen wir, inwieweit registrierte Defekte der akrosomalen Sekretion Ansätze für die Entwicklung diagnostischer und therapeutischer Wirkstoffe für Patienten mit Fertilitätsdefiziten bieten.

Bild1

Abbildung 1
Funktionelle Analogien zwischen der Ca2+-regulierten Exocytose an der Präsynapse von Neuronen und der Akrosomreaktion in Spermien.

Außerdem untersuchen wir zurzeit, ob chemosensorische Rezeptorproteine, die bekanntlich in olfaktorischen und gustatorischen Zellen exprimiert werden, auch in peripheren Zellen außerhalb der Nase oder der Zunge nachzuweisen sind. Ein bislang nur wenig verstandenes chemosensorisches Zellsystem stellen Spermien dar, die im weiblichen Genitaltrakt ganz verschiedene chemische Komponenten wahrnehmen müssen, um ihre für eine erfolgreiche Befruchtung essentiellen Aufgaben erfüllen zu können. Die Sensormoleküle auf der Oberfläche des Spermiums, die eine Erkennung bestehender Konzentrationsgradienten von Aminosäuren, Kohlenhydraten, Hormonen sowie verschiedenster Ionen und Protonen während der Reifung der Spermien und deren Wegfindung zur Eizelle im Eileiter bewerkstelligen, sind jedoch trotz ihrer Bedeutung für eine erfolgreiche Fertilisation weitgehend unbekannt. Daher versuchen wir gegenwärtig mit Hilfe biochemischer, molekular- und zellbiologischer Techniken sowie mit reproduktionsbiologischen Methoden und unter Verwendung Geschmacksrezeptor-defizienter Mäuse (s. Abbildung 2) der Frage nachzugehen, ob Rezeptormoleküle des Geschmackssystems, deren Ligandenspektrum weitestgehend mit dem von Spermatozoa überlappt, als mögliche Kandidaten für die Detektion chemischer Sensormoleküle von Spermien in Betracht kommen. Diese Befunde können in Zukunft nicht nur zu einem besseren Verständnis der Regulationsmechanismen zentraler Spermienfunktionen beitragen und damit langfristig auch reproduktionsmedizinische Perspektiven eröffnen, sondern könnten auch als Basis dienen, um die funktionelle Rolle von Geschmacksrezeptoren in extraoralen Systemen wie dem Magen-Darm-Trakt besser zu verstehen.

Bild2

Abbildung 2
Gen-defiziente Rezeptor-Mausmodelle zur Aufklärung der funktionellen Rolle von Geschmacksrezeptoren für die Reproduktion.

Quellen

Borth, H., Weber, N., Meyer, D., Wartenberg, A., Arlt, E., Zierler, S., Breit, A., Wennemuth, G, Gudermann., T., Boekhoff, I. (2016) The IP3R binding protein released with inositol 1,4,5-trisphosphate, is expressed in rodent reproductive tissue and spermatozoa. J Cell Physiol., 231(5):1114-29.

Weber N, Vieweg L, Henze F, Oprisoreanu AM, Solinski HJ, Breit A, Fecher-Trost C, Schalkowsky P, Wilhelm B, Wennemuth G, Schoch S, Gudermann T, Boekhoff I. (2014) RIM2alpha is a molecular scaffold for Zona pellucida-induced acrosome reaction. J Mol Cell Biol. Oct; 6(5):434-7.

Arndt, L., Castonguay, J., Arlt, E., Meyer, D., Hassan, S., Borth, H., Zierler, S., Wennemuth, G., Breit, A., Biel, M., Wahl-Schott, C., Gudermann, T., Klugbauer, N., and Boekhoff, I. (2014). NAADP and the two-pore channel protein 1 participate in the acrosome reaction in mammalian spermatozoa. Molecular biology of the cell 25, 948-964.

Meyer, D., Voigt, A., Widmayer, P., Borth, H., Huebner, S., Breit, A., Marschall, S., de Angelis, M.H., Boehm, U., Meyerhof, W., Gudermann, T., and Boekhoff, I. (2012). Expression of tas1 taste receptors in Mammalian spermatozoa: functional role of tas1r1 in regulating Basal ca and cAMP concentrations in spermatozoa. PloS one 7, e32354.

Zitranski, N., Borth, H., Ackermann, F., Meyer, D., Viewig, L., Breit, A., Gudermann, T., and Boekhoff, I. (2010). The "acrosomal synapse": Subcellular organization by lipid rafts and scaffolding proteins exhibits high similarities in neurons and mammalian spermatozoa. Communicative & integrative biology 3, 513-521.

Ackermann, F., Zitranski, N., Borth, H., Buech, T., Gudermann, T., and Boekhoff, I. (2009). CaMKIIalpha interacts with multi-PDZ domain protein MUPP1 in spermatozoa and prevents spontaneous acrosomal exocytosis. Journal of cell science 122, 4547-4557.

Ackermann, F., Zitranski, N., Heydecke, D., Wilhelm, B., Gudermann, T., and Boekhoff, I. (2008). The Multi-PDZ domain protein MUPP1 as a lipid raft-associated scaffolding protein controlling the acrosome reaction in mammalian spermatozoa. Journal of cellular physiology 214, 757-768.

Fehr, J., Meyer, D., Widmayer, P., Borth, H.C., Ackermann, F., Wilhelm, B., Gudermann, T., and Boekhoff, I. (2007). Expression of the G-protein alpha-subunit gustducin in mammalian spermatozoa. Journal of comparative physiology 193, 21-34.

Heydecke, D., Meyer, D., Ackermann, F., Wilhelm, B., Gudermann, T., and Boekhoff, I. (2006). The multi PDZ domain protein MUPP1 as a putative scaffolding protein for organizing signaling complexes in the acrosome of mammalian spermatozoa. Journal of andrology 27, 390-404.