Impact of sperm protein translation on motility

Abstract

Spermatozoa are haploid cells that undergo important transformations, culminating, theoretically, in gene expression silencing. However, recent studies report residual translational activity in capacitated spermatozoa, particularly in the mitoribosomes. Nevertheless, it has been demonstrated that this activity is heavily influenced by cytoplasmic translation inhibitors and that protein synthesis inhibition negatively affects motility patterns. The aim of this dissertation is to characterize and evaluate the translational activity in spermatozoa and its impact on sperm motility, through an experimental and bioinformatic analysis. Firstly, sperm motility when treated with cytoplasmic and mitochondrial translation inhibitors was assessed. Overall, no statistically significant results were found, but it was possible to observe a pattern of decreased fast-progressive spermatozoa and increased medium-progressive, non-progressive, and immotile spermatozoa, suggesting that translation activity may play a role in maintaining sperm motility during capacitation. On the other hand, it was not possible to locate protein synthesis within the cell by puromycin incorporation and immunocytochemistry detection. Concerning the bioinformatic approach, 13216 sperm proteins were collected, from which 654 were translation-related and 197 differentially expressed in asthenozoospermic and low motility spermatozoa. Next, to find highly-related proteins exclusively associated with translation, a protein-protein interaction and functional enrichment analysis were performed, resulting in 71 proteins. From those 71 proteins, 12 were associated with infertility and infertility-related phenotypes and diseases. Together, these findings suggest a role of translational activity in sperm motility and male fertility, but further studies are needed to fully understand the mechanisms underlying translation’s contribution to sperm function, particularly motility.

Os espermatozoides são células haploides que sofrem transformações, culminando, teoricamente, no silenciamento da expressão génica. No entanto, estudos mais recentes, mostraram tradução residual em espermatozoides capacitados, particularmente nos mitoribossomas. No entanto, foi também demonstrado que esta atividade é fortemente influenciada por inibidores da tradução citoplasmática e que a inibição da síntese proteica afeta negativamente a motilidade. O objetivo desta dissertação centra-se em caracterizar e avaliar a atividade de tradução nos espermatozoides e o seu impacto na motilidade, através de uma análise experimental e bioinformática. Neste sentido, avaliou-se a motilidade dos espermatozoides quando tratados com inibidores da tradução citoplasmática e mitocondrial. No geral, não foram encontrados resultados significativos, mas observou-se um padrão de diminuição de espermatozoides com motilidade progressiva rápida e um aumento de espermatozoides com motilidade progressiva média, não progressiva e imóveis, sugerindo que a atividade de tradução pode desempenhar um papel na manutenção da motilidade dos espermatozoides durante a capacitação. Por outro lado, não foi possível localizar a síntese proteica no interior da célula através da incorporação de puromicina e da técnica de imunocitoquímica. Na abordagem bioinformática, foram recolhidas 13216 proteínas de espermatozoide, das quais 654 estavam relacionadas com a tradução e 197 estavam diferencialmente expressas em espermatozoides astenozoospérmicos e de baixa motilidade. Em seguida, para encontrar proteínas altamente relacionadas e exclusivas do processo de tradução, realizaram-se análises de redes de interação proteína-proteína e de enriquecimento funcional, resultando em 71 proteínas. Dessas 71 proteínas, 12 foram encontradas associadas à infertilidade e a fenótipos e doenças relacionados com a infertilidade. No seu conjunto, estes resultados sugerem um papel da atividade de tradução na motilidade dos espermatozoides e na fertilidade masculina. No entanto, mais estudos são necessários para compreender com maior detalhe os mecanismos associados à tradução e ao seu impacto na função dos espermatozoides, em particular a motilidade.