MAMMALIAN GAMETE FUSION DEPENDS ON THE INHIBITION OF OVASTACIN BY FETUIN-B

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1 MAMMALIAN GAMETE FUSION DEPENDS ON THE INHIBITION OF OVASTACIN BY FETUIN-B Walter Stöcker, Konstantin Karmilin, André Hildebrand, Hagen Westphal, Irene Yiallouros, Ralf Weiskirchen, Eileen Dietzel, Julia Floehr and Willi Jahnen-Dechen Israfil Yalcin Saarbrücken, 29.November

2 Gliederung Befruchtung bei Säugetieren Die kortikale Reaktion Verhärtung der Zona pellucida durch Ovastacin Was sind Fetuine und was sind ihre Funktionen? Fetuin A Fetuin B Fazit 2

3 Befruchtung bei Säugetieren Spermien müssen eine Reihe hochselektiver Barrieren überwinden um eine Säugetier-Eizelle zu befruchten Zona pellucida (ZP) Zona pellucida: Glashaut Schutzhülle aus Glykoprotein-Matrix um die Eizelle beim Menschen aus ZP-Proteinen ZP1, ZP2, ZP3 und ZP4 bei der Maus nur ZP1, ZP2, ZP3 Nach der Ejakulation werden Spermatozoen angetrieben Akrosomalreaktion der Spermatozoen mit der Zona pellucida Enzyme werden auf beiden Seiten freigesetzt Auflösen der Interzellulären Matrix zwischen den Kumuluszellen Hyaluronidase Auflösen der Zona pellucida Verschmelzung mit der Eiplasmamembran 3

4 Die kortikale Reaktion Induzierung einer schnellen Signalkaskade mit der Phospholipase C und G-Proteinvermittelte Calcium Signalisierung Auslösen der Exozytose von kortikalen Granulaten Ausschütten des Inhalts in den perivitelline Raum Reaktion führt zur Ablösung der Eihülle (Vitellinmembran) ( 4

5 Verhärtung der Zona pellucida durch Ovastacin Verhärtung Zona pellucida geschieht direkt nach der Spermien-Ei-Membranfusion Wirkungen von exozytierten Proteinkomponenten aus Kortikalgranula Metalloprotease Ovastacin Gehört zu der Astacin-Familie der Metalloproteasen Gespeichert in der Corticalgranula der Oocyte Freisetzung nach der Spermien-Ei-Membranfusion aus der Kortikalgranula Ovastacin spaltet das Zona pellucida Protein ZP2 Verhärtung Bei einer zu frühen Verhärtung der Zona pellucida führt es zur Unfruchtbarkeit Wichtige Rolle für ein Plasma-Protein, das von der Leber produziert wird Fetuin B 5

6 Was sind Fetuine und was sind ihre Funktionen? Die Fetuine gehören zu den Typ 3 Cystatinen Nach Basis ihrer Aminosäuresequenz werden sie in drei Typen unterteilt Typ 1 : intrazelluläre cytosolische Proteine Typ 2: hauptsächlich extrazelluläre Proteine Typ 3: Plasmaproteine Fetuin A Fetuin B sehr ähnliche Domänenaufbau (Abbildung aus Lee et all., 2009) 6

7 Fetuin A Funktion: Inhibition der Calcium-Phosphat-Präzipitation Verhindern von unerwünschter Verkalkung bzw. Mineralisierung im Körper Eine Studie zeigte das Fetuin-A-Mangel zu einer extremen Verkalkung im Köper führt Hemmung durch vorübergehende Bildung von Kügelchen, die Fetuin A, Calcium und Phosphat enthalten Der Bildungsort ist die Leber Wildtyp Maus (+/+) und ein Fetuin-A knockout Maus (-/-) (Abbildung aus Schäfer et al., 2003) 7

8 Fetuin B Fetuin-B ist ein Plasmaprotein und wird in der Leber produziert nicht an der Calciumphosphat- Homöostase beteiligt weiblichen Tiere ohne Fetuin-B waren unfruchtbar Als Ursache der Unfruchtbarkeit wurde die Hemmung durch die Metalloprotease Ovastacin festgestellt kleine Mengen an Ovastacin sickern aus der Eizelle und verhärten die Zona pellucida 8

9 Fazit Der Mechanismus der Hemmung von Metalloproteasen durch Mitglieder der Cystatine, war völlig unbekannt Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Cystatine auf der Basis der Proteinsequenz und der dreidimensionalen Struktur analysieren Sequenzmotive identifizierten, die für die Funktion verantwortlich sein könnten (Abbildung aus Lee et all., 2009) 9

10 Quellen Burkart, A. D., Xiong, B., Baibakov, B., Jimenez-Movilla, M., & Dean, J. (2012). Ovastacin, a cortical granule protease, cleaves ZP2 in the zona pellucida to polyspermy. J.Cell Biol., pp Dietzel, E., Wessling, J., Floehr, J., Schaäfer, C., Ensslen, S., Denecke, B., Willi, J.-D. (2013). Fetuin-B, a Liver-Derived Plasma Protein Is Essential for Fertilization. Developmental Cell, pp Lee, C., Bongcam-Rudloff, E., Sollner, C., Jahnen-Dechent, W., & Claesson- Welsh, L. (2009). Type 3 cystatins; fetuins, kininogen and histidine-rich glycoprotein. Frontiers in Bioscience, pp Olivier, E., Soury, E., Ruminy, P., Husson, A., Parmentier, F., Daveau, M., & Salier, J.-P. (2000). Fetuin-B, a second member of the fetuin family in mammals. Biochem. J., pp Schäfer, C., Heiss, A., Schwarz, A., Westenfeld, R., Ketteler, M., Floege, J., Jahnen-Dechent, W. (2003). The serum protein α2 Heremans-Schmid glycoprotein/fetuin-a is a systemically acting inhibitor of ectopic calcification. J. Clin. Invest., S Stöcker, W., Karmilin, K., Hildebrand, A., Westphal, H., Yiallouros, I., Weiskirchen, R.,... Jahnen-Dechent, W. (2014). Mammalian gamete fusion depends on the inhibition of ovastacin by fetuin-b. Biol. Chem., S

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