Das Zusammenspiel der Proteasen Akrosin und Ovastacin bei der Härtung der Zona pellucida

Abstract

Die Zona pellucida umgibt die Eizellen von Säugetieren und ist in der Maus aus den Zona pellucida Proteinen 1-3 aufgebaut. Diese Proteine vermitteln vor der Befruchtung den ersten Kontakt von Spermium und Eizelle. Nach der Befruchtung verhindert die Zona pellucida die Passage weiterer Spermien und schützt die Entwicklung des frühen Embryos. Ovastacin ist eine zinkabhängige Metalloproteinase der Astacinfamilie. Es wird direkt nach der Befruchtung aus den Kortikalgranula der Säugereizelle freigesetzt und spaltet spezifisch das Zona pellucida Protein 2 (ZP2), wodurch der Spermienrezeptor zerstört wird. Gleichzeitig verhärtet diese extrazelluläre Matrix und schützt somit den Embryo auf seinem Weg in den Uterus. Ovastacin wird als inaktives Zymogen exprimiert und liegt in den kortikalen Granula als Gemisch von inaktivem Zymogen und aktiviertem, reifem Ovastacin vor. Als Aktivatoren wurden Serinproteasen mit tryptischer Spezifität, wie z.B. Plasmin identifiziert. Die Regulation der Ovastacinaktivität ist essenziell für die Fruchtbarkeit. Einerseits verursacht der Verlust des endogenen Ovastacin-Inhibitors Fetuin-B eine verfrühte Härtung der Zona pellucida und führt so zu weiblicher Infertilität. Andererseits weisen Ovastacin-defiziente Mäuse um 50% verkleinerte Wurfgrößen auf. Akrosin ist eine Trypsin-ähnliche Serinproteinase aus dem Akrosom von Spermien. Es wird im Zuge der Akrosomreaktion, die in der Nähe der Eizelle stattfindet, freigesetzt. Die Funktion des Akrosins konnte auch vier Jahrzehnte nach seiner Entdeckung nicht abschließend aufgeklärt werden. Die Ablation des Enzyms vermindert die Befruchtungsfähigkeit von Mäusespermien, führt aber nicht zur Unfruchtbarkeit. Akrosin wird mit der Lyse der Zona pellucida assoziiert sowie mit der Bindung der Spermien an die Zona pellucida über Zuckerreste. Hier sollte untersucht werden, ob sich die drei Proteine Ovastacin, Akrosin und Fetuin-B untereinander beeinflussen und welche Veränderungen sie in der Zona pellucida verursachen. Ich konnte zeigen, dass Akrosin rekombinantes Ovastacin aktivieren kann, sodass es in die Lage versetzt wird, sein natives Substrat ZP2 zu prozessieren. Akrosin selbst spaltet alle drei Zona pellucida Proteine, bevorzugt jedoch ZP2 und zwar an einer ähnlichen Position wie Ovastacin. Die Spermienbindung wird durch den Akrosinschnitt nicht verhindert. Aktives rekombinantes Ovastacin und Akrosin erhöhen beide die Resistenz der Zona pellucida gegen Abbau durch α-Chymotrypsin. Akrosin ist außerdem in der Lage, rekombinantes Fetuin-B zu spalten. Das proteolytisch prozessierte Protein inhibiert Ovastacin mindestens 10-mal schlechter als die ungespaltene Kontrolle. In der Summe geben die Ergebnisse neuen Einblick in die Regulation der Veränderungen der Zona pellucida nach der Befruchtung. Es werden neue physiologisch relevante Möglichkeiten zur Regulation der Ovastacinaktivität aufgezeigt, die sich aus dem Zusammenspiel von Akrosin und Fetuin-B und der Aktivierung von Ovastacin durch Akrosin ergeben.