Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/17641
Title: Sperm proteins as targets for contraception and fertility biomarkers
Other Titles: Proteínas do espermatozoide como alvos para contraceção e biomarcadores de fertilidade
Author: Silva, Joana Vieira da
Advisor: Fardilha, Margarida Sâncio da Cruz
Mendes, José Fernando Ferreira
Keywords: Biomedicina
Interacções proteína-proteína
Espermatozóides
Infertilidade masculina
Defense Date: 8-Jul-2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: O elevado número de gravidezes indesejadas a nível mundial (~41%) reflete a necessidade premente de novos métodos contracetivos. Para já, os contracetivos masculinos estão limitados ao preservativo, ao coito interrompido e à vasectomia dado que ainda não existem métodos farmacológicos disponíveis. Por outro lado, nos países desenvolvidos, 15% dos casais são inférteis e, em metade dos casos, as causas estão relacionadas com fatores masculinos, sendo a infertilidade idiopática o tipo mais comum de infertilidade masculina. Os principais objetivos deste trabalho consistiram em (1) identificar, caracterizar e modular alvos não-hormonais para a contraceção masculina; e (2) estabelecer um conjunto de biomarcadores para avaliar a fertilidade masculina. No que toca à identificação de alvos para a contraceção masculina, foi dada especial atenção a duas proteínas e aos seus interactors: a fosfoproteína fosfatase 1 (PPP1) e a proteína percursora amilóide (APP). Caracterizámos o interactoma da subunidade catalítica gama 2 da PPP1 (PPP1CC2), uma isoforma específica do testículo e espermatozoide. Demonstrando, pela primeira vez, a interação entre a PPP1CC2 e a A-kinase anchor protein 4 (AKAP4), uma proteína expressa especificamente no testículo essencial para a motilidade do espermatozoide, e o potencial desse complexo como alvo contracetivo. A motilidade do espermatozoide foi, então, modulada eficazmente recorrendo a cell penetrating peptides (CPPs) como sistemas de transporte intracelular de sequências peptídicas direcionadas para padrões únicos de interações proteicas. Um outro interactor da PPP1CC2, a several ankyrin repeat protein variant 2 (SARP2), foi também caracterizado em testículo e espermatozoide. Descrevemos ainda, o interactoma da APP em testículo e espermatozoide humano sendo que a nossa abordagem permitiu a identificação de novos interactores e o reconhecimento de interactores-chave na fertilidade masculina, particularmente na interação espermatozoide-oócito, o que representa um potencial mecanismo alvo para a contraceção masculina. Identificámos diversas proteínas sinalizadoras cuja atividade se correlaciona com parâmetros seminais distintos, tendo o potencial para integrar uma plataforma de diagnóstico que poderá ter várias aplicações: explicar situações de infertilidade idiopática; explicar o insucesso de técnicas de procriação medicamente assistida (PMA) ou abortos de repetição; auxiliar a escolha da técnica de PMA mais apropriada; avaliar a eficácia de intervenções médicas; e clarificar os mecanismos responsáveis pela deterioração da qualidade dos espermatozoides associada com a idade. Para além do potencial para integrar um painel de biomarcadores, essas proteínas permitiram o reconhecimento de vias de sinalização responsáveis por regular funções específicas do espermatozoide que podem ser utilizadas com fins terapêuticos.
The large number of unintended pregnancies worldwide (~41%) highlights the need for new contraceptive methods. Still, male contraceptive methods are limited to condoms, withdrawal or vasectomy as, currently, no pharmaceutical contraceptive agents exist for men. In contrast, in developed countries, infertility affects 15% of couples attempting to conceive and in half of these cases the cause is related to male reproductive issues. Moreover, idiopathic infertility remains the most common type of male infertility. The main goals of this work were to (1) identify, characterize and modulate non-hormonal targets for male contraception; and (2) establish a biomarker “fingerprint” to assess male fertility. Concerning the identification of targets for male contraception, particular attention was given to two distinct proteins and its interacting partners: phosphoprotein phosphatase 1 (PPP1) and amyloid precursor protein (APP). We characterized the interactome of PPP1 catalytic subunit gamma 2 (PPP1CC2), a testis-enriched/sperm-specific PPP1 isoform, in human testis/spermatozoa. We demonstrated for the first time the interaction between PPP1CC2 and A-kinase anchor protein 4 (AKAP4), a testis-specific protein essential for sperm motility, in human spermatozoa and the potential of the complex as a contraceptive target. Sperm motility was then successfully modulated by specific protein complex disruption using cell-penetrating peptides (CPPs) as a drug intracellular delivery system. Herein, we demonstrated for the first time the potential of CPPs to deliver peptide sequences that target unique protein-protein interactions in spermatozoa. Another PPP1CC2 interacting protein – several ankyrin repeat protein variant 2 (SARP2) – was also characterized in testis and spermatozoa. Moreover, we provided the first report on APP interactome in human testis/spermatozoa and our approach allowed the identification of novel interactions and the recognition of key APP interacting proteins for male reproduction, particularly in spermoocyte interaction, which represent a potential mechanism for male contraception modulation. We identified several signaling proteins that showed a high degree of differential activity in spermatozoa samples with distinct seminal parameters and have the potential to integrate a diagnostic array, which may have several applications: explain idiopathic infertility, failure in assisted reproductive techniques (ART) or repeated abortion; choice of the appropriate ART; assess the efficacy of medical interventions; and clarify the mechanisms responsible for age-dependent declines in spermatozoa quality. Besides the potential to integrate a biomarker "fingerprint" to assess sperm quality, those proteins allowed the recognition of the signaling pathways accountable for regulating specific spermatozoa functions that by future modulation could serve for therapeutic proposes.
Description: Doutoramento em Biomedicina
URI: http://hdl.handle.net/10773/17641
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