Identification of Nova1 as a novel modulator of microRNA function in neurons

Die korrekte Entwicklung, Differenzierung und Plastizität des Nervensystems erfordern eine genaue Regulation auf multiplen Ebenen der Genexpression. Eine wichtige Klasse post-transkriptioneller Regulatoren sind mikroRNAs (miRNAs), winzige RNA-Mole-küle, welche die Proteinsynthese von Ziel-mRNAs auf der Ebene der mRNA-Translation und -Stabilität inhibieren. MiRNAs haben wichtige Aufgaben in der Kontrolle der neuronalen Entwicklung und Funktion. Spezifische miRNAs, wie z. Bsp. miR-134, regulieren die lokale dynamische Translation von mRNAs an der Synapse, wodurch sie aktivitätsabhängige Veränderungen der Synapsenstärke kontrollieren. MiRNAs regulieren die mRNA Translation innerhalb eines großen RNA-Protein-Komplexes, des mikroRNA-induzierten Silencing Komplexes (miRISC). Während die Kernkomponenten des miRISC, wie z Bsp. Argonaute (Ago) und GW182 Proteine, hoch konserviert sind, kommen Zelltyp-spezifischen Proteinen wichtige Aufgaben in der Modulation der miRISC-Aktivität zu. Die molekularen Mechanismen, durch welche die miRISC-Aktivität speziell im neuronalen System durch solche zusätzlichen Proteine reguliert wird, sind nur unzulänglich beschrieben. Dieses Projekt stellt die Validierung und Evaluierung der ersten umfangreichen Screening-Studie dar, die durchgeführt wurde, um neue RNA-bindende Proteine (RBP) zu identifizieren, welche die miRISC-Aktivität in primären Neuronen regulieren. Der RNAi-basierte Screen identifizierte die RBPs Nova1, Ncoa3 und Ewsr1 als neue Modulatoren von miRISC in Neuronen und bestätigte außerdem zwei zuvor beschriebene miRISC-interagierende Proteine (Ddx6, Tnrc6c). Anschließend wurde Nova1 für nachfolgende Experimente ausgewählt, welche zur Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen beitrugen. Durch die Anwendung von Luciferase-Reporter Assays für Ziel-mRNAs von multiplen neuronalen miRNAs neben miR-134 erbrachte ich Nachweise, dass Nova1 die miRNA-Aktivität in Neuronen auf generelle Weise reguliert. Zusätzlich fand ich heraus, dass Nova1 als Regulator der miRNA-Aktivität in Unabhängigkeit des 3’UTR Kontextes agieren kann. Weitere Daten zeigen eine direkte Interaktion von Nova1 mit der RISC Kernkomponente Ago und eine Assoziation mit der miR-134 Ziel-mRNA Limk1. Untersuchungen über die funktionale Bedeutung dieses Mechanismus zeigten, dass Nova1 für die miR-134-vermittelte Reduzierung der Größe von dendritischen Dornfortsätzen notwendig ist. Außerdem wurde gezeigt, dass Nova1 für die hochregulierte Translation der Limk1 mRNA nach BDNF-Behandlung notwendig ist. Dies lässt auf eine Mitwirkung von Nova1 in der Stimulus-abhängigen Kontrolle von neuronalen mRNAs schließen. Zusammenfassend wurde Nova1 als neuer Modulator der miRISC-Aktivität in Neuronen beschrieben und die zugrundeliegenden Mechanismen genauer charakterisiert. Die während dieser Doktorarbeit erhaltenen Daten deuten zusammengenommen auf eine Beteiligung von Nova1 in der dynamischen aktivitätsabhängigen Regulation der miRNA-Funktion in Neuronen hin.