Erzeugung und Charakterisierung von Knockout-Mäusen des Maus Vas Deferens Proteins

Abstract

Das Maus Vas Deferens Protein ist ein Mitglied der Aldo-Keto-Reduktasen- Superfamilie und wird mit detoxifizierenden Prozessen in Verbindung gebracht. Seine Expressionsorte sind das Vas deferens, die Zona fasciculata der Nebenniere und das Ovar. Während die Expression im Samenleiter und der Nebenniere offenbar persistierend verläuft, existiert eine auffallende Regulation des Proteins im Ovar. Hauptsubstrate des MVDP-Enzyms sind die zytotoxischen Verbindungen 4-Hydroxynonenal und Isocaproaldehyd, deren Metabolisierung für die Zelle essentiell ist. Das Expressionsmuster und die Substratspezifität des Proteins gaben Anlass zur Vermutung, dass das Protein wesentliche Funktionen bei Steroidbiosynthese- und Reproduktionsprozessen erfüllt. Zur weiteren Charakterisierung des Proteins und zur Überprüfung dieser These in vivo sollten im Zuge der vorliegenden Arbeit MVDP-Knockout- Mäuse generiert und deren Phänotyp analysiert werden. An Hand des generierten Maus-Modells konnte gezeigt werden, dass das Fehlen dieses Proteins im Ovar und Vas deferens nicht wie erwartet zu Fehlfunktionen der Reproduktionsvorgänge, insbesondere der Ovulation und der Spermienqualität führt. Die Hypothese der essentiellen Bedeutung von MVDP für Reproduktionsvorgänge wurde damit widerlegt. Die Deletion von MVDP in der Nebenniere scheint hingegen für eine Reihe auffallend geschlechtsspezifisch- ausgeprägter Erscheinungsbilder verantwortlich zu sein. Die Bestimmung verschiedener Steroidhormon-Konzentrationen ergab signifikante Pegelerhöhungen an Corticosteron bei männlichen Knockout-Tieren und an Progesteron bei weiblichen Knockout-Mäusen. Weibliche Tiere weisen darüber hinaus Verbreiterungen des adrenalen Cortex und höhere Körpergewichte auf und reagieren auf exogene Stimuli inflammatorischer Reaktionen mit verstärkter Apotoseneigung im Nebennierencortex. Bei männlichen Knockout-Tieren konnte eine signifikante Reduktion der Gewichtsentwicklung und eine erhöhte Mortalitätsrate beobachtet werden, die nicht mit akuten Stresssituationen, eventuell aber mit chronischen Belastungen im Zusammenhang stehen könnte. Daher unterscheiden sich im MVDP-Knockout-Modell sowohl morphologische Parameter der Nebenniere als auch die Gewichtsentwicklung, die Konzentrationen von Steroidhormonen, die Reaktionsfähigkeit der Knockout-Mäuse auf exogene Stimuli und die Mortalitätsrate jeweils geschlechtsspezifisch.

The mouse vas deferens protein is a known member of the aldo-keto reductase superfamily and has been suggested to be involved in detoxifying processes. The enzyme is expressed in the murine vas deferens, the zona fasciculata of the adrenal cortex and in the ovary. While the expression in the vas deferens and in the adrenal gland is constitutive, a remarkable regulation of the protein expression exists in the ovary following the LH surge shortly before ovulation. The main substrates of MVDP were previously shown to be 4-hydroxynonenal and isocaproaldehyde, two cytotoxic compounds whose metabolism is essential for cell survival. The expression pattern and the substrate specificity of MVDP led to the hypothesis that this protein is involved in reproductive processes and steroidogenesis. The main objective of the presented work was to test this hypothesis by generating knockout mice deficient in MVDP function in order to analyse the in vivo protein function. The established mouse model was viable and the targeted disruption failed to cause any reproductive dysfunction and had no significant influence on ovulation and spermatozoa quality in vivo, thus rebutting the above hypothesis. MVDP knockout mice, however, show remarkable sexually dimorphic phenotypes, which are most likely due to adrenal malfunction. The concentration of corticosteroid is elevated in male knockout animals and progesterone levels are increased in females mutants. Furthermore knockout female animals show expansion of the adrenal cortical layers and an increased body weight. Furthermore they respond to exogenous stimuli of inflammation with increased apoptotic cell death within the adrenal gland. A reduced body weight and a significantly higher mortality rate could be observed in male knockout animals. This mortality was shown not to be induced by acute stress, but could potentially be explained by chronic exposure to stress. In summary, MVDP knockout mice show gender specific alterations in adrenal cortex morphology, body weight, hormone levels, responses to inflammatory stress and mortality rates. Moreover, the created mouse model with floxed Mvdp sequences (conditional knockout) might become a useful tool directing loss of function in a tissue specific manner and thus providing further insights into the nature of MVDP.