Mapping UPR elements in male reproductive system: a bioinformatics approach

Abstract

A Unfolded Protein Response (UPR) é um mecanismo de defesa crucial que protege as células contra o enrolamento incorreto de proteínas, através da ativação de três sensores principais: ATF6, PERK e IRE1. Cada sensor guia a célula em diferentes mecanismos de transdução de sinal culminando na produção de fatores de transcrição que, por sua vez, regulam genes que aumentam a capacidade da célula corrigir a conformação de proteínas mal enoveladas, impedindo, em último caso, a sua agregação. Nos últimos anos a UPR tem sido associada a várias patologias. Na infertilidade masculina, poucos estudos se têm focado na influência dos componentes da UPR, sendo importante numa primeira abordagem, a identificação destes componentes no sistema reprodutor masculino. Através de pesquisa de bases de dados e com abordagens bioinformáticas, com o objetivo de identificar potenciais candidatos associados a fenótipos de infertilidade, foi realizada uma recolha de proteínas UPR no testículo, espermatozoide e plasma seminal. De forma a determinar possíveis alvos envolvidos na infertilidade masculina, as interações proteínaproteína foram analisadas, destacando-se 6 proteínas com elevado grau de interação: HSP90AA1, HSPA5, SEC61A1, VCP, PERK e ATF4. Considerando ainda a sua importância funcional, as proteínas efetoras da via PERK, a GADD34 e a eIF2 foram destacadas para estudos de deteção experimentais. Neste sentido, foi confirmada pela primeira vez a presença das proteínas PERK e GADD34 em espermatozoides humanos. Estes resultados constituem o primeiro passo fundamental para avançar para estudos mais aprofundados relativamente à expressão e níveis de atividade destes candidatos, procurando perceber a contribuição dos mesmos na via de sinalização UPR e a sua eventual desregulação na infertilidade masculina.

The unfolded protein response (UPR) is an essential cell defense response against defects in protein folding and it is mainly triggered by the activation of ATF6, PERK and IRE1. Each sensor leads to different signal transduction mechanisms through the production of transcription factors that, in turn, regulate genes that increase the cell's ability to correct conformation of poorly folded proteins, ultimately hindering their aggregation. The past years shed light on the role of the UPR in several diseases. Regarding male infertility, few studies have focused on the implications of UPR components, hence the need to a prior approach concerning the presence of these components on the male reproductive system. Through a database search and using bioinformatics approaches, with the aim of identifying potential candidates associated with infertility phenotypes, a collection of UPR proteins in the testis, spermatozoa and seminal plasma was performed. To determine potential targets to scrutinize possible involvement in male infertility, a protein-protein interaction network analysis was performed, depicting 6 key proteins highly interconnected: HSP90AA1, HSPA5, SEC61A1, VCP, PERK and ATF4. Considering their functional value, the effector proteins of the PERK pathway, GADD34 and eIF2 were highlighted for experimental studies. Thus, the presence of the PERK and GADD34 were confirmed for the first time in human spermatozoa. These results constitute the first fundamental step towards further studies on the expression and activity levels of these candidates and understand their contribution to the UPR signaling pathway and their possible deregulation in male infertility