Die Akrosomreaktion als spezialisierte Form der Calcium-regulierten Exocytose

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Ingrid Boekhoff, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170440292

Bei der Akrosomreaktion kommt es durch die Bindung des Spermiums an die Zona pellucida der Eizelle zu einer multiplen Fusionsporenbildung, wobei das Akrosom als Lysosom-ähnliches Vesikel das essentielle Calcium für die finale Membranfusion zur Verfügung stellt. Neben dem IP3R in der inneren akrosomalen Membran kommen dafür die kürzlich identifizierten endo-lysosomalen two-pore channels (TPCs) in Betracht. In unseren Studien zu der Frage, ob TPCs in Säugerspermien exprimiert werden, und ob Liganden für die TPCs, wie NAADP, die akrosomale Exozytose auslösen, hat sich gezeigt, dass zwei NAADP-abhängige Prozesse die akrosomale Exozytose kontrollieren, wobei wir den niedrigaffinen Signalweg dem TPC1 zuordnen konnten. Da diese Studien auch auf eine Expression des TPC2 hinweisen, wollen wir nun an Spermien einer TPC2 Gen-defizienten Mauslinie prüfen, ob der hochaffine Signalweg für NAADP auf TPC2 beruht, und ob Spermien einer TPC1/TPC2 double knock-out Mauslinie noch durch Zona pellucida mit einer akrosomalen Exozytose reagieren und erfolgreich Nachkommen produzieren. Darüber hinaus wollen wir unsere Hinweise auf eine funktionelle Kopplung zwischen den TPCs und dem akrosomalen IP3R weiter verfolgen und dazu auch prüfen, ob der von uns in Spermien identifizierte Inhibitor des IP3R, das IRBIT, funktionell an der Akrosomreaktion beteiligt ist. Ejakulierte Spermien müssen auf ihrem Weg zur Eizelle, auf dem sie die Fähigkeit zur akrosomalen Exocytose gewinnen, die sich kontinuierlich verändernde chemische Zusammensetzung der extrazellulären Flüssigkeiten in den einzelnen Abschnitten des weiblichen Genitaltraktes detektieren. Die chemosensorischen Rezeptoren, die Aminosäuren, Kohlenhydraten, Hormone aber auch Veränderungen im pH-Wert erkennen, sind noch weitgehend unbekannt. In den letzten Jahren hat sich hierzu gezeigt, dass die durch ein breites Ligandenspektrum ausgezeichneten Geschmacksrezeptoren auf der Zunge auch extraoral exprimiert sind. Daher haben wir die Expression und Funktionalität von Geschmacksrezeptoren und Komponenten der nachgeschalteten gustatorischen Reaktionskaskade, wie der G-Protein alpha-Untereinheit Gustducin und dem Kationenkanal TRPM5 in Spermien untersucht. Für den umami-Rezeptor (Mononatrium-L-Glutamat; Tas1R1) haben wir an einer Gen-defizienten Mauslinie registriert, dass bei Tas1R1 [-/-] Spermien der Anteil an Akrosom-reagierten Spermien signifikant erhöht ist und mit einem erhöhten basalen Level an Regulatoren der Akrosomreaktion einhergeht (Calcium, cAMP). Da Männchen einer double knock-out Mauslinie für Gustducin und den Dimerisierungspartner des umami-Rezeptors Tas1R3 völlig steril sind, wollen wir nun die Zusammenhänge zwischen der akrosomalen Exozytosekapazität und dem Reproduktionsphänotyp nach einer gleichzeitigen genetischen Deletion bzw. Inhibierung der Tas1Rs, des Gustducins und des TRPM5 untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen