Are translation-related proteins present and functionally active in sperm?

Abstract

Os espermatozoides são células haploides altamente diferenciadas originadas a partir de sucessivas divisões mitóticas e meióticas – a espermatogénese. Durante este processo, o espermatozoide sofre alterações estruturais e funcionais a nível nuclear e citoplasmático. Devido a essas alterações, o silenciamento da expressão génica é amplamente aceite nos espermatozoides de mamíferos. Uma nova perspetiva surgiu quando a síntese de novas proteínas foi revelada em espermatozoides em condições capacitantes, gerando discussão sobre um dogma estabelecido. Assim, este trabalho visa caracterizar e avaliar a atividade translacional em espermatozoides em condições capacitantes. Para alcançar este objetivo foram realizadas abordagens a nível bioinformático e experimental. A análise bioinformática revelou a presença de 315 proteínas relacionadas com a tradução em espermatozoides. A análise simultânea dos processos biológicos e dos compartimentos celulares de cada proteína levou à identificação de 31 proteínas exclusivamente ligadas à tradução. Complementarmente, a análise da rede de interacção proteína-proteína revelou que estas 315 proteínas estão fortemente conectadas e interrelacionadas. Além disso, a análise de enriquecimento desta rede, para os processos biológicos e para os compartimentos celulares, evidenciou uma forte associação das proteínas com processos relacionados com a tradução e uma localização preferencial em regiões citoplasmáticas e mitocondriais. Experimentalmente, a técnica de SUnSET estabeleceu de forma inequívoca a existência de atividade translacional através da incorporação de puromicina nas cadeias nascentes de polipéptidos. Foi observada uma diminuição da incorporação de puromicina em condições com inibidores translacionais citoplasmáticos e mitocondriais, o que nos leva a acreditar na coexistência de ambas as formas de tradução no espermatozoide. Em suma, estes resultados evidenciam a existência de atividade translacional em espermatozoides de mamífero

Spermatozoa are highly differentiated haploid cells originated through a sequence of mitotic and meiotic divisions – the spermatogenesis. During this process, spermatozoa undergo major structural and functional changes at nuclear and cytoplasmic levels. Because of these changes, the silencing of gene expression is widely accepted in mammalian spermatozoa. A new perspective emerged when de novo protein synthesis was shown to occur in sperm cells under capacitation conditions, raising discussion on an established dogma. The main objective of this work is to characterize and evaluate the translational activity that may occur in mammalian spermatozoa. To achieve this goal, bioinformatic and experimental approaches were performed. Bioinformatic analysis revealed the existence of 315 translation-related proteins present in spermatozoa. Simultaneous analysis of the biological processes and cellular compartments associated with each protein led to the identification of 31 translation exclusive-proteins. Additionally, the PPI network analysis revealed that 315 overlapping proteins are strongly connected and related to each other. Also, the enrichment analysis of PPI network, for biological processes and cellular compartment, evidenced a strong association to translation-related processes and a preferential location in cytoplasmic and mitochondrial regions. The SUnSET technique unequivocally established the existence of translational activity through the incorporation of puromycin into the nascent polypeptide chains. A decrease in puromycin incorporation was observed when using mitochondrial and cytoplasmic translational inhibitors, which leads us to believe in the coexistence of both types of translation in spermatozoa. Together, these results evidenced the existence of translational activity in mammalian spermatozoa