Structure-function analysis of the plasma protein fetuin-B
Final Report Abstract
In dem Forschungsvorhabens „Analyse von Struktur und Funktion des Plasmaproteins Fetuin- B“ wurden drei wichtige Fragestellungen bearbeitet, die zu einem deutlich verbesserten Verständnis der Struktur und Funktion des Metalloproteinase Inhibitors Fetuin-B geführt und eine wichtige Grundlage für aufbauende Arbeiten gelegt haben. Besonders hervorzuheben ist hier die Aufklärung der 3-dimensionalen Proteinstruktur und die damit verbundene Bestimmung der aktiven Domäne von Fetuin-B. Die Darstellung der Proteinstruktur mit einer Genauigkeit von 3,1 Ä hat zu einem umfassenden Verständnis der Funktion und der Interaktion mit seinem Inhibitor Ovastacin geführt. Durch diese Studien und insbesondere dadurch dass neben der Proteinstruktur der Maus, auch die des Menschen aufgeklärt wurde, ist nun der Wirkmechanismus von Fetuin-B bekannt und kann fortführend genutzt werden, um die Funktion des Targets Fetuin-B spezifisch nachzuahmen oder – im Gegensatz dazu – diese zu blockieren. Beide Ansätze sind höchstinteressant. Denn durch das Nachahmen des Proteins könnte eine Funktionsstörung, die bislang zu ungeklärter Unfruchtbarkeit bei Frauen führt, behandelt werden und würde somit neue Therapiemöglichkeiten bieten. Der gegensätzliche und ebenso interessante Ansatz ist die gezielte Inhibition des Targets Fetuin-B an der Eizelle. Dies würde eine temporäre Unfruchtbarkeit induzieren, die zur Geburtenkontrolle genutzt werden könnte. Dieser Ansatz wurde bereits im Mausmodell im Rahmen einer proof-of-principle Studie bestätigt. Es ist hervorzuheben, dass eine solche Kontrazeption nicht hormonell gesteuert ist und im Vergleich zu aktuellen Verhütungsmethoden und deren zahlreichen hormonellen Nebenwirkungen einen großen Nutzen mit sich bringen würde. Im Weiteren haben die Arbeiten gezeigt, dass bei Eizellen, die unter Fetuin-B Mangel leiden, nicht nur eine verfrühte Härtung der Eizellhülle festzustellen ist, sondern zusätzlich weniger reife und damit befruchtungsfähige Eizellen vorliegen. Dies deutet auf einen Reifungsdefekt von Eizellen unter Fetuin-B Mangel hin. Diese Beobachtung ist gerade für eine mögliche Therapie von weiblicher Unfruchtbarkeit wichtig. Denn bislang gab es die Auffassung, dass die verfrühte Härtung der Eizellhülle überwunden werden kann, wenn man diese Barriere mechanisch, zum Beispiel im ICSI Verfahren, überwindet. Diese Form der Behandlung würde aber höchst wahrscheinlich, aufgrund der vergleichsweise höheren Anzahl unreifer Eizellen, nicht wirkungsvoll sein. Eine Therapie müsste deshalb nach den neusten Erkenntnissen bereits während der Eizellreifung beginnen. Nur so könnte eine effektive Wirkung gezeigt werden. Im Rahmen dieses Antrags wurde zudem mithilfe eines Nanoindenters das erste Mal der E- Modul von Eizellen bestimmt und somit der direkte Zusammenhang zwischen den mechanischen Eigenschaften der Eizellhülle und ihrer molekularbiologischen Veränderungen analysiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass es mithilfe dieser Methode möglich ist die Härte der Eizellhülle zerstörungsfrei und bei Eizellen einzeln zu quantifizieren. Sie bietet damit eine sehr gute Basis, um weiterführend zu untersuchen, ob die Bestimmung der Härte als prognostischer Marker, u.a. für die klinische Anwendung, in Frage kommt. Insgesamt lässt sich zusammenfassen, dass die Ergebnisse dieser im Antrag bearbeiten Arbeiten zu einem hohen Erkenntnisgewinn für den Bereich der Reproduktionsbiologie und -medizin geführt haben, der weiterführend sehr gut und umfassend genutzt werden kann.
Publications
- (2019). Mammalian plasma fetuin-B is a selective inhibitor of ovastacin and meprin metalloproteinases. Scientific reports, 9(1), 1-12
Karmilin, K., Schmitz, C., Kuske, M., Körschgen, H., Olf, M., Meyer, K., ... Floehr, J. & Stöcker, W.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-018-37024-5) - (2019). Structure of mammalian plasma fetuin-B and its mechanism of selective metallopeptidase inhibition. IUCrJ, 6(2), 317-330
Cuppari, A., Körschgen, H., Fahrenkamp, D., Schmitz, C., Guevara, T., Karmilin, K., … Floehr, J., ... & Gomis-Rüth, F. X.
(See online at https://doi.org/10.1107/s2052252519001568) - (2019). The C-terminal region of human plasma fetuin-B is dispensable for the raised-elephant-trunk mechanism of inhibition of astacin metallopeptidases. Scientific Reports, 9(1), 1-13
Guevara, T., Körschgen, H., Cuppari, A., Schmitz, C., Kuske, M., Yiallouros, I., Floehr, J., … & Gomis-Rüth, F. X.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-019-51095-y) - (2021). Dry Film Resist Laminated Microfluidic System for Electrical Impedance Measurements. Micromachines, 12(6), 632
Cao, Y., Floehr, J., Ingebrandt, S., & Schnakenberg, U.
(See online at https://doi.org/10.3390/mi12060632) - (2021). Limited proteolysis by acrosin affects sperm-binding and mechanical resilience of the mouse zona pellucida. Molecular Human Reproduction, 27(4), gaab022
Kuske, M., Floehr, J., Yiallouros, I., Michna, T., Jahnen-Dechent, W., Tenzer, S., ... & Körschgen, H.
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Schmitz, C., Sadr, S. Z., Körschgen, H., Kuske, M., Schoen, J., Stöcker, W., ... & Floehr, J.
(See online at https://doi.org/10.1530/rep-21-0122)
