Die Rolle der Carboanhydrasen II und IV bei der pH-abhängigen Aktivierung des CatSper-Kanals

• Antragstellerin: Dr. Caroline Wiesehöfer
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514808153

Infertilität ist ein weltweites Gesundheitsproblem, bei dem die männliche Infertilität 40-50 % ausmacht. Die Hauptursachen für männliche Infertilität sind Defekte in der Spermienmotilität sowie in der Kapazitation, einem Reifungsprozess, bei dem Spermien im weiblichen Reproduktionstrakt biochemische Veränderungen für eine erfolgreiche Befruchtung durchlaufen. Dieser Kapazitationsprozess ist bis heute nicht vollständig verstanden. Ionenkanäle, insbesondere CatSper, ein spermienspezifischer, pH-sensitiver Ca2+-selektiver Ionenkanal, sind für die bei der Spermienkapazitation ablaufenden Signaltransduktionsmechanismen essentiell. EFCAB9, eine CatSper-Hilfsuntereinheit, scheint zusammen mit CATSPERζ entscheidend für die pH-abhängige Aktivierung des CatSper-Kanals zu sein. Neben verschiedenen Ionenkanälen, die die intrazelluläre Alkalisierung regulieren, tragen auch Carboanhydrasen (CA) zu Änderungen des intrazellulären pH-Werts bei, indem sie die reversible Hydratisierung von CO2 zu HCO3- und Protonen katalysieren. CAII und CAIV Knockout-Mäuse zeigen eine unausgeglichene HCO3--Homöostase, die zu einer reduzierten Spermienmotilität und Schwimmgeschwindigkeit sowie einer durch HCO3- erhöhten Schlagfrequenz führt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass CAII und CAIV Schlüsselenzyme bei der Regulation der Spermienmotilität sind und daher für eine normale Fertilität benötigt werden. Dieses interdisziplinäre Vorhaben zielt darauf ab, neue Einblicke in die Spermienphysiologie zu gewinnen und neue Signalwege aufzudecken, die die Spermienmotilität steuern könnten. Dafür wird die 3D-Verteilung von CAII und CAIV innerhalb einzelner Spermienflagellen mittels Super-Resolution (SR) Fluoreszenzmikroskopie analysiert. Zusätzlich wird die Durchführung von SR-Imaging bei CatSper1 KO zeigen, ob die CAII-Verteilung durch CatSper1 beeinflusst wird. Wenn eine nicht kompatible Verteilung von CAII und CAIV mit CatSper identifiziert wird, soll SR-Imaging ebenfalls von Spermien mit einem KO in anderen pH-sensitiven Ionenkanälen durchgeführt werden. Diese Analyse soll entweder eine funktionelle Verbindung zwischen CAs und CatSper oder anderen pH-sensitiven Ionenkanälen nachweisen. Eine intrazelluläre pH-Regulation durch CAII oder CAIV soll mittels fluoreszenzbasierten intrazellulären pH Indikatoren (BCECF, SNARF-5F) nachgewiesen werden. Abschließend soll mittels Co-Immunopräzipitation untersucht werden, ob CAII oder CAIV die CatSper Aktivität über die Interaktion mit EFCAB9-CatSperζ reguliert.Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, aufzuklären, ob CAII, CAIV durch intrazelluläre pH-Änderungen die CatSper-Funktion modifizieren können, welche den hyperaktivierten Zustand und die Spermienmotilität bedingt und somit für die männliche Fertilität erforderlich ist. Unsere Experimente werden grundlegende biologische Prozesse von größter Bedeutung aufklären, aber auch dringend benötigte Einblicke in die Ursachen der Infertilität liefern.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Jean-Ju Chung