Die Fibronektin-TypII(Fn2)-Domänen-Proteine des Seminalplasmas gehören zu den so genannten Heparin-bindenden Proteinen. Dabei handelt es sich vorwiegend um niedermolekulare Proteine, die höhermolekulare Multimere bilden können (Calvete et al., 1994; Töpfer-Petersen et al., 1998b). Die Fn2-Domäne ist Bestandteil strukturell sehr verschiedener Proteinfamilien. Fn2-Domänen-Proteine bilden bei Hengst und Bulle einen Hauptbestandteil der Seminalplasma-Proteine. Der Name beschreibt die große Ähnlichkeit zu den TypII Strukturen der Gelatin- und Heparin-bindenden Domäne des Fibronektins (Seidah et al., 1987; Constantine et al.,1992; Töpfer-Petersen et al., 1998). Die einzelne Fn2-Domäne ist durch eine bestimmte Anzahl von invarianten Aminosäuren einschließlich zweier Disulfidbrücken charakterisiert, die in einer definierten Abfolge aufeinander folgen (Cx2PFx8-9WCx12-14C) (Constantine et al., 1992).
Die Fn2-Domänen-Proteine des Seminalplasmas der verschiedenen Säugerspezies unterscheiden sich durch die Zahl ihrer Fn2-Domänen, durch die Länge der N-Termini und durch den Grad ihrer Glykosylierung (Calvete et al., 1996).
Bei Rind (bovine seminal protein, BSP-A1/2 (PDC-109), BSP-A3 und BSP-30K) und Pferd (horse seminal protein, HSP-1/2) machen sie einen Gesamtproteinanteil am Seminalplasma von über 60 % aus (Salois et al., 1999; Calvete et al., 1994).
Die Fähigkeit der BSPs an Heparin zu binden, ist anscheinend abhängig von ihrer Konformation und der Bildung von Multimeren. So können nur Multimere von mindestens vier PDC-109 (BSP-A1/2) Molekülen Heparin binden (Calvete et al., 1999). Calvete et al.
(1999) konnte zeigen, dass an der Heparin-Bindung von PDC-109 vor allem sechs basische Aminosäuren beteiligt sind, die sich zu einem „Cluster“ zusammenlagern.
Heparin bzw. heparinähnliche Glykosaminoglykane werden besonders während der Follikel-Phase im weiblichen Genitale gebildet (Calvete et al., 1995b). In mehreren Studien konnte gezeigt werden, dass die Bindung von Heparin oder heparinähnlichen Glykosaminoglykanen an die Spermien einen stimulierenden Einfluss auf die Kapazitation hat (Handrow, 1982;
Lenz et al., 1982, 1983; Lee et al., 1985). Bovine Seminalplasmaproteine bewirken eine Zunahme der Bindungsstellen für Heparin auf der Spermienoberfläche und potenzieren so die Heparin-induzierte Kapazitation der bovinen Spermien (Chandonnet et al., 1990; Therien et al., 1995).
Neben der Fähigkeit an Heparin bzw. heparinähnlichen Glykosaminoglykanen zu binden, sind sie auch in der Lage, eine spezifische Bindung mit High-Density Lipoproteinen (HDL) und
mit Phospholipiden einzugehen, die eine Phosphorylcholingruppe besitzen (Desnoyers u.
Manjunath, 1992; Gasset et al., 1997). Ebenso wie die Heparinbindung der BSPs spielt die Bindung an HDL eine Rolle bei der Kapazitation, die dadurch potenziert wird. Über phosphocholinhaltige Phospholipide erfolgt die Bindung an die Spermienoberfläche (Desnoyer u. Manjunath, 1992; Manjunath et al., 1994). Diese direkte Bindung an die der Spermienoberfläche führt zu einem primären Cholesterin/Phospholipid Efflux, der eine Veränderung der Membranstruktur zur Folge hat. In vivo wird dies als Beginn der Kapazitation gedeutet (Müller et al., 2002; Therien et al., 1998, 1999; Moreau et al., 1999a, b). Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass PDC-109 (BSP-A1/2) als Rezeptor an der Bindung an das Ovidukt-Epithel und somit an der Bildung eines funktionellen Spermienreservoires beteiligt ist (Gwathmey et al., 2003). Dabei binden der Spermien über Oberflächenlektine an Kohlenhydratstrukturen des Ovidukt-Epithels (Suarez, 2001; Töpfer-Petersen et al., 2002).
Ähnliche Proteine wurden auch bei anderen Huftieren gefunden, darunter die equinen Seminalplasmaproteine HSP-1 und HSP-2 (horse seminal plasma proteins), die zwar auch zur Heparin-Bindung in der Lage sind, jedoch in einem geringeren Ausmaß. Auch scheint die Immobilisierung und Lipidextraktion aus der Spermienmembran deutlich niedriger (Greube et al., 2003 in Vorbereitung). HSP-1 und HSP-2 unterscheiden sich ebenfalls in dem Grad ihrer Glykosylierung und der Länge ihrer N-terminalen Bereiche (Calvete et al., 1995). Eine Oligomerisierung von HSP-1 mit HSP-2, ähnlich wie bei PDC-109, ist die Voraussetzung zur Bindung von Heparin. Allerdings ist nur eine der beiden Glykoformen von HSP-1 zur Bildung von Oligomeren in der Lage (Calvete et al., 1995a).
Auch das aus dem Seminalplasma des Ebers isolierte porcine homologe Protein (pB1) besitzt zwei Fn2-Domänen. Es weist eine 60-65 %tige Sequenzübereinstimmung zu den equinen und bovinen Seminalplasmaproteinen auf und verfügt ebenso wie diese über die Fähigkeit an Heparin und Phosphorylcholin zu binden (Calvete et al., 1997). Im Gegensatz zu diesen kommt pB1 jedoch in einer vergleichsweise geringen Menge im Seminalplasma vor (Calvete et al., 1997; Plucienniczak et al., 1999). Im Unterschied zu den bovinen und equinen Homologen die Homo-Oligomere bilden, bildet pB1 einen heteromeren Komplex mit einem Spermadhesin, dem AQN-1.
Anhand ihrer Sequenzähnlichkeit mit den BSPs konnte erst kürzlich im dem Seminalplasma der Ziege vier weitere Vertreter dieser Proteine nachgewiesen werden. Diese als GSP-20 und GSP-22 (Goat Seminal plasma Protein) bezeichneten Proteinen sind ebenfalls zur Bindung an Heparin in der Lage (Villemure et al., 2003).
Die Produktion der einzelnen Vertreter dieser Proteinfamilie findet posttestikulär in unterschiedlichen Regionen des männlichen Genitaltraktes statt. Dadurch bedingt treten diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit den Spermien bzw. mit der Spermienoberfläche in Kontakt (Töpfer-Petersen et al., 1995).
Kürzlich konnte beim Menschen das sog. Humane-Epididymis-Protein-12 (HE12), ein weiteres hochkonserviertes Fn2-Domänen-Protein kloniert werden, welches im Gegensatz zu den HSPs und BSPs vor allem im Corpus-Bereich des Nebenhodens synthetisiert wird (Saalmann et al., 2001). Dieses neuartige Protein zeichnet sich im Gegensatz zu den Domänen-Proteinen der Huftiere durch vier tandemartig hintereinander angeordnete Fn2-Domänen aus, jedoch nur die beiden Ersten zeigen eine deutliche Übereinstimmung (50-60 % Aminosäureidentität) mit den Fn2-Domänen der BSPs und HSPs. Dagegen sind die beiden anderen eher den Fn2-Domänen der Gelatinasen bzw. dem Hagemann-Faktor ähnlich.
Eine strukturelle Ähnlichkeit zu den Heparin-bindenden Proteinen aus dem Seminalplasma der Huftiere (PDC-109, HSP-1, HSP-2 und pB1) weisen auch die HE12-homologen CE12 Proteine des Hundes auf (Münz, et al., 2001). Diese verfügen ebenfalls über vier tandemartig hintereinander geschaltete Fn2-Domänen, von denen auch die ersten beiden den Domänen der Seminalplasmaproteine der Huftiere signifikant ähneln (Desnoyers u. Manjunath, 1992;
Calvete et al., 1995, 1996, 1997).
Eine partielle beim Schwein klonierte cDNA scheint zu 85 % mit der von HE12 überein zu stimmen (Schäfer, persönliche Mitteilung).
Der Ort der Synthese der Fn2-Domänen-Proteinen des Seminalplasmas variiert speziesspezifisch. So werden die BSP-Proteine des Rindes überwiegend von der Samenblase sezerniert und binden während der Ejakulation an Phospholipide der Spermienplasmamembran (Desnoyer u. Manjunath, 1992; Manjunath et al., 1994). Der Hauptort der Sekretion von HSP-1 und -2 ist die Ampulle. HSP-1 konnte jedoch schon an Spermien aus dem distalen Nebenhodenkörper, am Akrosom und Mittelstück, nachgewiesen werden (Töpfer-Petersen et al., 1998). Der Produktionsort der Schweine- und Ziegen-homologen Proteine ist bislang noch nicht bekannt.