LAP1 interactome and its functional features throughout spermatogenesis

Abstract

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.

A proteína 1 associada com a lâmina (LAP1), codificada pelo gene humano TOR1AIP1, encontra-se localizada na membrana interna do núcleo. Funcionalmente a LAP1 está associada à manutenção da estrutura do envelope nuclear e ao posicionamento da lâmina e da cromatina. No envelope nuclear a LAP1 forma complexos com várias proteínas, nomeadamente lâminas tipo A e B, torsinas e emerina. A atividade destes complexos sugere a existência de uma função cooperativa entre a LAP1 e as proteínas nomeadas anteriormente, que será essencial, particularmente nos tecidos em que a sua expressão é substancial. Assim, a identificação de novos interactores da LAP1 e das suas respetivas vias de sinalização, será crucial para identificar e compreender as funções biológicas desta proteína. Ao longo deste trabalho foram utilizadas ferramentas bioinformáticas que possibilitaram a descoberta de novas proteínas associadas com a LAP1. Em primeiro lugar, o interactoma da LAP1 foi estabelecido através do acesso a bases de dados públicas, procedendo-se posteriormente à análise manual de cada uma destas interações. De seguida, a integração de múltiplas ferramentas bioinformáticas possibilitou a determinação de novas funções associadas à LAP1, designadamente a resposta a danos no DNA e a interação com os telómeros. Simultaneamente, os resultados bioinformáticos reforçaram a participação da LAP1 no processo de mitose e a intervenção desta proteína na manutenção da morfologia nuclear. Em particular, a função da LAP1 na regulação da mitose e da estrutura do envelope nuclear parece ter semelhanças com processo de espermatogénese. Assim, ao longo deste trabalho foi também estudada a distribuição da LAP1 ao longo deste processo de diferenciação, assim como de alguns dos seus conhecidos interactores, no testículo de ratinho e de humano. Em ratinho, foi possível determinar que a atividade da LAP1 durante a espermatogénese é mais significativa desde a fase VIII até ao fim da espermiogénese, sendo característica do desenvolvimento da manchete. Concomitantemente, alguns dos interactores avaliados possuem uma localização análoga à da LAP1, nomeadamente, as lâminas B1 e A/C, e a proteína serina/treonina fosfatase 1γ2 (PP1γ2). Os resultados obtidos após o estudo da LAP1 ao longo do sistema reprodutor masculino possibilitaram a atribuição de novas e potenciais funções biológicas à LAP1. Assim, este trabalho poderá servir de ponto de partida para estudo futuros da LAP1 e da sua função na regulação de múltiplos processos celulares e doenças.