title: Functional characterization of peroxisomes in murine oocytes
title: Funktionelle Charakterisierung von Peroxisomen in murinen Oozyten
Creators: name: Fleischer, Hendrik
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Peroxisome
Peroxisom
Medizin, Gesundheit
Real-time PCR
Ether lipids
Oozyte
Etherlipidsynthese
Immunofluorescence
Oocyte
Immunfluoreszenz
Real time quantitative PCR

description: Peroxisomes are cell organelles
      that range in size from 0.1 to 1.5 µm and are present in
      nearly all eukaryotic cells. They are involved in important
      functions of the intracellular metabolism of lipids and of
      reactive oxygen species (ROS). Peroxisomes are highly dynamic
      organelles that can adapt in shape and protein composition
      rapidly in response to metabolic demands. Depending on
      species or tissue type they have distinct functional
      profiles. However, to date nothing has been described about
      their function in female germ cells. The aim of this study
      was to characterize the peroxisomal compartment in mouse
      oocytes and to analyse possible alterations during oogenesis.
      Our results obtained by immunofluorescence microscopic
      analysis of peroxisomal marker proteins like catalase, Pmp70
      and Pex14, show the presence of peroxisomes in oocytes and
      their significant increase in number during folliculogenesis.
      We have also used a GFP-PTS1 transgenic mouse strain, whose
      peroxisomes are labelled by the green fluorescent protein
      (GFP). This allowed us to analyse the peroxisomes in these
      oocytes by electron and light microscopy. We could show that
      they have a typical ultrastructure and that they are
      sometimes arranged in small groups at the oocyte periphery.
      To characterize the cell type specific metabolic functions of
      these peroxisomes we isolated oocytes, analysed the levels of
      mRNAs encoding peroxisomal proteins by real-time PCR and
      compared the mRNA expression levels with the levels in total
      ovary and liver tissue. Relative expression levels of genes
      representing main functions of peroxisomal metabolism like
      β-oxidation and ROS-metabolism have been strongly reduced in
      oocytes compared to the reference. The mRNA levels for
      glyceronephosphate O-acyltransferase (Gnapat, Dhapat) and
      alkylglycerone phosphate synthase (Agps, Dhaps-S), however,
      were significantly increased. These are key enzymes involved
      in the biosynthesis of ether lipids that are exclusively
      localized in peroxisomes. We therefore suggest that the
      synthesis of plasmalogens, the most abundant ether lipids, is
      an important function of peroxisomes in female germ cells.
      This increased synthesis of plasmalogens could be explained
      by an increased need of membranes in the oocyte during
      folliculogenesis or during cleavage divisions in early
      embryogenesis. Future studies will focus on lipid analysis of
      oocytes. This will further clarify the physiological role of
      peroxisomal plasmalogen biosynthesis in the maturation
      process of oocytes and early embryogenesis.
description: Peroxisomen sind Zellorganellen mit
      einer Größe von 0,1 bis 1,5 µm, die in nahezu allen
      eukaryonten Zellen vorkommen. Sie erfüllen wichtige Aufgaben
      im intrazellulären Metabolismus von Lipiden und von reaktiven
      Sauerstoffverbindungen (ROS). Peroxisomen sind dynamische
      Organellen, deren Gestalt und Enzymausstattung an wechselnde
      metabolische Bedingungen angepasst werden kann und deren
      Funktionen in verschiedenen Geweben oder Spezies variiert.
      Über die Funktion von Peroxisomen in den weiblichen
      Keimzellen ist bisher nichts bekannt. Ziel dieser Arbeit war
      es daher, die Peroxisomen in den Oozyten der Maus zu
      charakterisieren und zu untersuchen, ob sich diese während
      der Keimzellreifung verändern. Durch
      immunfluoreszenzmikroskopischen Nachweis von peroxisomalen
      Markerproteinen wie Katalase, Pmp70 oder Pex14 konnten wir
      zeigen, dass Peroxisomen in den Oozyten vorkommen und dass
      sich ihre Anzahl während der Follikelreifung deutlich
      vermehrt. Mit Hilfe eines GFP-PTS1-transgenen Mausstammes, in
      dessen Zellen die Peroxisomen durch das grün fluoreszierende
      Protein (GFP) markiert sind gelang es erstmals, oozytäre
      Peroxisomen auch elektronenmikroskopisch zu analysieren. Sie
      zeigen einen typischen Aufbau und sind in der Peripherie der
      Oozyten gelegentlich zu kleineren Gruppen zusammengelagert.
      Um die Funktionen dieser Peroxisomen näher zu
      charakterisieren haben wir Oozyten isoliert, die Expression
      von mRNAs für peroxisomale Proteine durch quantitative
      real-time PCR analysiert und mit der Expression dieser Gene
      im ganzen Ovar und der Leber als Referenzgewebe verglichen.
      Die Expression von Genen für Enzyme der etablierten
      Hauptfunktionen von Peroxisomen wie β-Oxidation oder
      ROS-Metabolismus war in den Oozyten im Vergleich zur Referenz
      deutlich vermindert. Die mRNAs für die Glyceronphosphat
      O-acyltransferase (Dhapat, Gnapat) und die
      Alkylglyceronphosphat Synthase (Dhap-S, Agps), zwei
      Schlüsselenzyme der Etherlipidsynthese, die nur in
      Peroxisomen lokalisiert sind, war jedoch deutlich erhöht. Wir
      vermuten daher, dass die Synthese von Plasmalogenen, den
      häufigsten Etherlipiden, zu den spezifischen Funktionen der
      weiblichen Keimzellperoxisomen gehört. Eine vermehrte
      Plasmalogensynthese kann durch den erheblichen Membranzuwachs
      der Oozyte während der Follikelreifung, oder den erhöhten
      Membranbedarf bei den Furchungsteilungen während der frühen
      Embryonalentwicklung, erklärt werden. Oozytäre Lipidanalysen
      sind nun geplant, um die Bedeutung der peroxisomalen
      Plasmalogensynthese für die Reifung der Oozyten und die frühe
      Embryonalentwicklung genauer zu untersuchen.