Regulation of microRNA function in rodent hippocampal neurons by an alternative Ube3a transcript

Die aktivitätsabhängige Regulation der neuronale Reifung ist ein wichtiger Teil der Entwicklung von neuronalen Schaltkreisen und Kognition. Defekte in diesem Prozess führen zu schweren neurologischen Entwicklungsstörungen und Autismus (Kuczewski et al., 2010). Es wurde bereits gezeigt, dass UBE3A wichtige Aspekte der neuronale Entwicklung kontrolliert. Mutationen, die zum Verlust der Funktion von UBE3A führen, verursachen Angelman Syndrom (AS) (Kishino et al., 1997), während erhöhte UBE3A Gendosis mit Autismus (ASD) assoziiert ist (Glessner et al., 2009). Das UBE3A Gen kodiert ein Enzym mit Ubiquitin Ligase Aktivität, die für den Abbau neuronaler Proteine durch das Ubiquitin-Proteasome-System wichtig ist. Defekte der enzymatischen Aktivität von UBE3A sind jedoch mit geringer Wahrscheinlichkeit die einzige Ube3a-abhängige Ursache von AS oder ASD, da hier seltene Mutationen identifiziert wurden, die außerhalb der kodierenden Region liegen (Bird, 2014). Mehrere alternative Ube3a Transkripte wurden beschrieben, die unterschiedliche 5' und 3' Enden enthalten, was auf eine komplexe posttranskriptionale Regulation von Ube3a Genexpression hinweist. Insbesondere könnten verschiedene 3'UTRs in Ube3a 3‘-Varianten für differenzielle Regulation der Lokalisierung und Translation genutzt werden. Betreffend der Expression, Lokalisierung und regulatorischen Funktion der alternativen Ube3a Transkripte war jedoch wenig bekannt. In dieser Arbeit, entdeckte ich dass die Ube3a1-RNA, welche eine verkürzte kodierende Sequenz und eine alternative 3'UTR enthält, einzigartige Funktionen in neuronaler Reifung und eine genregulatorische Funktion, die stark von der Funktion der Transkripte die das aktive Ube3a Enzym kodieren abweicht, hat. Ube3a1-RNA ist spezifisch erhöht durch verstärkte neuronale Aktivität, und lokalisiert bevorzugt in neuronalen Dendriten. Im Gegensatz zu Ube3a enzymkodierenden Transkripten, ist Ube3a1 ein negative Regulator von Dendritenwachstum in hippocampalen Neuronen des Nagetiers, sowohl in dissoziierten Kulturen als auch in vivo. Zusätzlich, ist Ube3a1 nötig für die Reifung von dendritischen Dornfortsätzen. Überraschenderweise habe ich herausgefunden, dass die Funktion von Ube3a1-RNA im Zusammenhang mit dendritischem Wachstum unabhängig von der kodierenden Funktion ist, und der Gegenwart einer alternativen 3'UTR zugeschrieben werden konnte. Bezüglich der molekularen Mechanismen die der Ube3a1-RNA Funktion zugrunde liegen, habe ich herausgefunden, dass der Ube3a1 3'UTR ein Ziel mehrerer MikroRNAs des miR379/410 Clusters, inklusive miR-134, die bereits in Dendritenwachstum und in der Reifung von Dornfortsätze impliziert wurde, ist. Ube3a1-RNA ist jedoch nicht in kanonischer Weise von MikroRNAs reguliert, sondern konkurriert mit anderen miR-379/410 Ziel-RNAs für die Bindung gemeinsamer MikroRNAs. Deshalb kann man Ube3a1-RNA nach einer Hypothese, die früher für Krebszellen gelegt wurde, als „competing endogenous RNA“ (ceRNA) erachten. (Salmena et al., 2011) Letztendlich beschreiben die Ergebnisse, die ich aus meiner Doktorarbeit erhalten habe, einen neuen Mechanismus der Genregulation in neuronalen Dendriten mit wichtigen Bedeutungen für neuronale Reifung, Entwicklung von neuronalen Schaltkreisen und neurologische Entwicklungsstörungen.