LAP1 interactome and its functional features throughout spermatogenesis

The lamina-associated polypeptide 1 (LAP1) is a type II transmembrane protein of the inner nuclear membrane encoded by the human gene TOR1AIP1. LAP1 is involved in maintaining the nuclear envelope structure and appears be involved in the positioning of lamins and chromatin. In the nuclear envelope, LAP1 is suggested to exist as a complex with A-type and B-type lamins, torsins and emerin. The presence of such complexes suggests that LAP1 may cooperate functionally with these proteins in tissues where they play a critical role. Therefore, the identification of LAP1 binding partners and the signalling pathways where LAP1 participates, is crucial for a better understanding of LAP1 functions. The work described in this thesis addresses novel human LAP1 associated proteins found through bioinformatic tools. Public databases allowed for the discovery of the LAP1 interactome, which was manually curated, identifying several functionally relevant proteins. Subsequently, the integration of multiple bioinformatic tools established novel functions to LAP1 such as DNA damage response and telomere association. In conjunction, bioinformatic results also reinforced the association of LAP1 with mitosis, and the already identified role of LAP1 in nuclear morphology. Interestingly, this association of LAP1 with the regulation of the nuclear envelope structure and mitosis progression, shares functional elements with spermatogenesis. Therefore, this work additionally described the localization of LAP1 and some of its interactors throughout the spermatogenic cycle, in mouse and human testis. The results established that the activity of LAP1 during the mouse spermatogenic cycle is most evident from stage VIII until the end of spermiogenesis, which is characteristic of manchette development. Concomitantly, some LAP1 interactors studied in this work share a similar localization, namely, PP1γ2, Lamin B1 and Lamin A/C. The results obtained from the study of LAP1 throughout different periods of the male reproductive system attributed potential new biological functions to LAP1. Thereby, this work can be the foundation of future studies regarding LAP1 and the regulation of multiple cellular processes and disease conditions.

Characterization of PPP1 interacting proteins in male reproduction

A fosforilação reversível de proteínas é um importante mecanismo de controlo em eucariotas. A fosfoproteína fosfatase 1 (PPP1) é uma fosfatase de serina/treonina envolvida em vários processos celulares. Existem três isoformas da subunidade catalítica (α/CA, δ/β/CB e γ/CC) com pequenas diferenças nos terminais amino e carboxílico. O gene PPP1CC sofre ainda splicing alternativo para produzir duas isoformas, a PPP1CC1 ubíqua e a PPP1CC2 enriquecida em testículo e específica de esperma. A localização e especificidade de substratos da PPP1 está dependente da formação de complexos oligoméricos com proteínas que interagem com a PPP1 (PIPs). O objetivo principal desta tese foi estudar novas PIPs, específicas de testículo e esperma, a fim de melhor caracterizar o papel desta fosfatase e dos respetivos complexos na reprodução em mamíferos. Com este fim, estudou-se a presença, localização e possíveis funções de uma PIP previamente conhecida, PPP1R2, e de duas novas PIPs, PPP1R2P3 e Tctex1d4. PPP1R2 e PPP1R2P3 estão presentes em esperma humano colocalizando com a PPP1CC2, na cabeça e na cauda. A hipótese é que as holoenzimas localizadas na cabeça terão um papel na reação acrossómica, enquanto que as holoenzimas presentes no axonema são relevantes para o controlo da motilidade flagelar. De seguida foram estudados os pseudogenes da PPP1R2, em termos de história evolutiva e de possíveis funções. Na espécie humana, a PPP1R2 tem 10 pseudogenes, 7 deles específicos de primatas. Estudos de bioinformática e dados de expressão mostram que os PPP1R2P1/P3/P9 são os pseudogenes com maior probabilidade de serem transcritos e traduzidos. Também identificámos o PPP1R2P9 em esperma humano e mostrámos que alguns pseudogenes poderão estar associados a estados fisiopatológicos. Isto indica que o processo de evolução poderá estar ligado á formação de novos genes ou ao controlo do mRNA da PPP1R2. A sobre-expressão da PPP1R2 ou PPP1R2P3 em testículo de ratinho também foi realizada, para caracterizar os mecanismos envolvidas na função dos complexos PPP1R2/PPP1R2P3-PPP1CC2 na espermatogénese e fisiologia dos espermatozoides. A dineína de cadeia leve, Tctex1d4, foi encontrada como interagindo com a PPP1C e como estando presente em testículo de ratinho e em esperma humano. Demonstrámos que a Tctex1d4 e a PPP1 colocalizam no centro organizador de microtúbulos e nos microtúbulos e que o motivo de ligação à PPP1 presente na Tctex1d4 parece ser importante para manter a PPP1 no centro organizador de microtúbulos e/ou para disromper ou atrasar o seu movimento ao longo dos microtúbulos emergentes. Estes resultados abrem novos caminhos para os possíveis papéis do complexo Tctex1d4-PPP1 na dinâmica dos microtúbulos, motilidade do esperma, reação acrossómica e na regulação da barreira hemato-testicular, provavelmente, através da via de sinalização do TGFß. A análise do motivo de ligação à PPP1 mostra que este é altamente conservado entre os mamíferos, com exceção das Pikas, sugerindo que esta perda aconteceu antes da radiação das Pikas, há 6-20 milhões de anos atrás. Através de um rastreio por mutações demonstrámos que a capacidade da Tctex1d4 se ligar à PPP1 é mantida nas Pikas, embora o motivo de ligação à PPP1 esteja disrompido. Este estudo abre portas para novas descobertas na área da reprodução mostrando o papel da PPP1CC2 na espermatogénese e fisiologia do esperma.