Estudio de las funciones de TRIP13 en la profase meiótica de mamíferos

Abstract

A l’inici de la profase meiòtica, la proteïna SPO11 produeix trencaments de doble cadena (DSBs), i la seva reparació per recombinació homòloga (HR) promou que els cromosomes homòlegs s’aparellin i sinapsen. La reparació dels DSBs mitjançant HR o per unió d’extrems no homòlegs (NHEJ) a la meiosi precisa d’una regulació molt estricta. Les proteïnes del complex sinaptonèmic (SC) són reclutades als eixos cromosòmics, la qual cosa és fonamental per a que es pugui completar la recombinació meiòtica. TRIP13, també coneguda com Pch2 en espècies de no vertebrats, és una proteïna que pertany a la família de les AAA+ ATPases. Algunes de les funcions de TRIP13 s’expliquen per la seva capacitat de canviar la conformació de proteïnes que posseeixen el domini FORMA, com MAD2, HORMAD1 i REV7. Hem localitzat TRIP13 a les porcions sinapsades del SC i als telòmers, una localització que no havia estat descrita en cap altre organisme model. Per a aprendre més sobre les funcions de TRIP13 en la reparació dels DSBs i en la sinapsi dels cromosomes homòlegs, hem emprat els mutants Trip13mod/mod, Trip13sev/sev, hem generat els models murins Trip13-/- i Trip13ATPasaDead i també hem realitzat un tractament usant un inhibidor de TRIP13. També es va inmunoprecipitar TRIP13 i les seves proteïnes interactores a partir d’extractes proteics de testicle i es van identificar mitjançant espectrometria de masses. Els resultats de l’espectrometria de masses van revelar que la xaperona HSPA2, un factor que controla la desinapsi, és un interactor de TRIP13. HSPA2 i PLK1, una altra proteïna que promou la desinapsi, es troben desregulades en els mutants de Trip13. Els espermatòcits de mutants de Trip13 presenten defectes en la sinapsi i acumulen DSBs sense reparar. En aquest treball proposem que TRIP13 evita la desinapsi prematura del SC durant la profase meiòtica, regulant la presència de factors desinàptics. D’altra banda, a cèl·lules somàtiques, TRIP13 regula l’elecció de la via de reparació dels DSBs desacoblant el complex Shieldin, en el qual es troba REV7. Aquest complex protegeix els DSBs de la resecció, inhibint la seva reparació per HR i promovent-la per NHEJ. En espermatòcits hem observat com en absència de TRIP13, els marcadors de HR es troben reduïts i els marcadors de NHEJ es troben augmentats. A més, els espermatòcits deficients de Trip13 presenten més cromosomes units pels telòmers, un efecte dependent de 53BP1.

Al inicio de la profase meiótica, la proteína SPO11 produce roturas de doble cadena (DSBs), y su reparación por recombinación homóloga (HR) promueve que los cromosomas homólogos se apareen y sinapsen. La reparación de los DSBs mediante HR o por unión de extremos no homólogos (NHEJ) en meiosis precisa de una regulación muy estricta. Las proteínas del complejo sinaptonémico (SC) son reclutadas a los ejes cromosómicos, lo cual es fundamental para que se pueda completar la recombinación meiótica. TRIP13, también conocida como Pch2 en especies de no vertebrados, es una proteína que pertenece a la familia de las AAA+ ATPasas. Algunas de las funciones de TRIP13 se explican por su capacidad de cambiar la conformación de proteínas que poseen el dominio HORMA, como MAD2, HORMAD1 y REV7. Hemos localizado TRIP13 en los en las porciones sinapsadas del SC y en los telómeros, una localización que no había sido descrita en ningún otro organismo modelo. Para aprender más acerca de las funciones de TRIP13 en la reparación de los DSBs y en la sinapsis de los cromosomas homólogos, hemos usado los mutantes Trip13mod/mod, Trip13sev/sev, hemos generado los modelos murinos Trip13-/- y Trip13ATPasaDead y también hemos realizado un tratamiento farmacológico usando un inhibidor de TRIP13. También se inmunoprecipitó TRIP13 y sus proteínas interactoras a partir de extractos proteicos de testículo y se identificaron mediante espectrometría de masas. Los resultados de la espectrometría de masas revelaron que la chaperona HSPA2, un factor que controla la desinapsis, es un interactor de TRIP13. HSPA2 y PLK1, otra proteína que promueve la desinapsis, se encuentran desreguladas en los mutantes de Trip13. Los espermatocitos de mutantes de Trip13 presentan defectos en la sinapsis y acumulan DSBs sin reparar. En este trabajo proponemos que TRIP13 evita la desinapsis prematura del SC durante la profase meiótica regulando la presencia de factores desinápticos. Por otro lado, en células somáticas, TRIP13 regula la elección de la vía de reparación de los DSBs desensamblando el complejo Shieldin, en el cual se encuentra REV7. Este complejo protege a los DSBs de la resección, inhibiendo su reparación por HR y promoviéndola por NHEJ. En espermatocitos hemos observado como en ausencia de TRIP13, los marcadores de HR se encuentran reducidos y los marcadores de NHEJ se encuentran aumentados. Además, los espermatocitos deficientes de Trip13 presentan más cromosomas unidos por los telómeros, un efecto dependiente de 53BP1.

At the onset of meiotic prophase, SPO11 produces double-stranded breaks (DSBs), and its repair by homologous recombination (HR) promotes homologous chromosomes to pair and synapse. During meiosis, repairing DSBs by HR or non-homologous end joining (NHEJ) requires very strict regulation. Synaptonemal complex (SC) proteins are recruited into chromosome axes, which is essential for meiotic recombination to be completed. TRIP13, also known as Pch2 in nonvertebrate species, belongs to the AAA+ ATPases family of proteins. Some of TRIP13’s functions are explained by its ability to change the conformation of proteins that possess the HORMA domain, such as MAD2, HORMAD1 and REV7. TRIP13 is located in the synapsed portions of SC and at the telomeres, a location not described yet in any other model organism. To learn more about TRIP13 functions in DSBs repair and homologous chromosome synapsis, we have used several Trip13 mutants, like Trip13mod/mod, Trip13sev/sev, we generated Trip13-/- and Trip13ATPaseDead murine mutants and we have also performed pharmacological treatment using a TRIP13 inhibitor. TRIP13 and its interacting proteins were also immunoprecipitated from testis protein extracts and identified by mass spectrometry. The results of mass spectrometry revealed that the HSPA2 chaperone, a factor that controls desynapsis, is a TRIP13 interactor. HSPA2 and PLK1, another protein that promotes desynapsis, are dysregulated in Trip13 mutants. Trip13 mutant spermatocytes exhibit defects in synapsis and accumulate unrepaired DSBs. In this work we propose that TRIP13 avoids premature SC desynapsis during meiotic prophase, regulating the presence of desynaptic factors. On the other hand, in somatic cells, TRIP13 regulates the choice of DSBs repair pathway by disassembling the Shieldin complex, in which REV7 takes part in the complex. Shieldin complex protects DSBs from resection, inhibiting their repair by HR and promoting it by NHEJ. In spermatocytes, we have observed that in the absence of TRIP13, HR markers are reduced and NHEJ markers are increased. In addition, Trip13 deficient spermatocytes have more fused chromosomes by the telomeres, a 53BP1-dependent effect.