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Titel:Loss of the miR379-410 cluster in mice leads to alterations in social and anxiety-related behaviours
Autor:Lackinger, Martin
Weitere Beteiligte: Schratt, Gerhard (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2018
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2018/0437
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2018-04378
DOI: https://doi.org/10.17192/z2018.0437
DDC:610 Medizin
Publikationsdatum:2019-05-29
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
mikroRNA, miRNA, behaviour, Glutamatrezeptor, hippocampus, Hippocampus, neur, microRNA, sociability, Sozialverhalten, miRNA, glutamate receptor, Verhalten, anxiety, miR, Angstverhalten, synapse, knockout mouse, Knockout-Maus, neurodevelopme, synaptic transmission, miR, Synapse,synaptische Transmission

Summary:
microRNAs (miRNAs) belong to a group of small non-coding RNAs that down regulates gene expression at the post-transcriptional level. The paternally imprinted placental mammal-specific miR379-410 cluster hosts 38 miRNAs. In the last decade, several members of the cluster have been shown to regulate synapse development and plasticity in mammals. Further, they have been implicated in a variety of diseases, including neurodevelopmental disorders. However, the potential involvement of these miRNAs in the control of complex behaviour in mammals, such as sociability, remains largely unknown. This is an important issue since aberrant synaptic dysfunction is thought to underlie neurodevelopmental diseases, such as autism spectrum disorder (ASD), characterized by deficits in social communication and interaction as well as restricted repetitive behaviour. This study aimed at the characterization of a constitutive knock-out (ko) mouse model that carries a deletion of the miR379-410 cluster. Extensive behavioural assays across the animals’ lifespan and cellular examinations of structural and functional properties of synapses were performed. Furthermore, transcriptome sequencing of adult miR379-410 ko hippocampi allowed the validation of potential direct target candidates of the miRNA cluster by using molecular and biochemical approaches. Mice deficient for the miR379-410 cluster displayed an anti-autistic-like phenotype, consisting of hypersocial behaviour, increased ultrasonic vocalizations (USVs) and reduced repetitive behaviour in the absence of cognitive impairments. Further, miR379-410 ko mice presented an anxiety phenotype over the lifespan. Along with the behavioural phenotype, miR379-410 ko mice showed increased excitatory synaptic transmission and spine density accompanied by an elevated expression of ionotropic glutamate receptor complex components in the hippocampus. Several of these components, identified by transcriptome profiling (Cnih2, Src, Prr7 and Dlgap3) could be validated as direct miR379-410 target genes. Taken together, the data obtained in this thesis describe for the first time a negative regulatory role of the miR379-410 cluster in social behaviour and the control of genes associated with excitatory synaptic function. Thus, interfering with miRNAs from the miR379-410 cluster could represent in the future a promising strategy for the treatment of neurodevelopmental disorders characterized by social dysfunction, such as ASD.

Zusammenfassung:
mikroRNAs (miRNAs) gehören zu einer Gruppe von kleinen, nicht-kodierenden RNAs, die als negative Regulatoren der Genexpression auf post-transkriptioneller Ebene fungieren. Das plazentatier-spezifische miR379-410-Cluster, welches durch genomische Prägung auf dem väterlichen Genom inaktiv ist, beinhaltet 38 miRNAs. In den vergangenen zehn Jahren konnte für mehrere Mitglieder dieses miRNA-Clusters eine regulierende Funktion auf die Synapsen-Entwicklung und Plastizität in Säugetieren nachgewiesen werden. Ferner konnten einige dieser miRNAs mit diversen Krankheiten, einschließlich neurologischen Entwicklungsstörungen, in Verbindung gebracht werden. Die mögliche Beteiligung dieser miRNAs an der Kontrolle von komplexen Verhaltensabläufen bei Säugetieren, wie beispielsweise Soziabilität, die Fähigkeit soziale Beziehungen aufzunehmen und zu pflegen, ist jedoch weitgehend unbekannt. Dieser Sachverhalt ist von großem Interesse, da bei neurologischen Entwicklungsstörungen, wie beispielsweise Autismus-Spektrum-Störungen (ASS) angenommen wird, dass übermäßige synaptische Fehlfunktionen diesem Krankheitsbild zugrunde liegen. ASS ist dabei durch Defizite in sozialer Kommunikation und Interaktion sowie durch zwanghaft-ritualisierte, repetitive und stereotype Verhaltensweisen geprägt. Die vorliegende Doktorarbeit befasste sich mit der Charakterisierung eines konstitutiven Knock-out (ko)-Mausmodells, welches eine Deletion des miR379-410-Clusters aufweist. Die Experimente umfassten umfangreiche Verhaltensanalysen und zelluläre Untersuchungen von Synapsen. Darüber hinaus erlaubte die Transkriptom-Analyse von Hippocampus-Proben erwachsener miR379-410 ko Mäuse, potenzielle Zielkandidatengene des miRNA-Clusters zu identifizieren, welche mit molekularen und biochemischen Methoden validiert wurden. Ko-Mäuse, welche die Deletion des miR379-410-Cluster trugen, zeigten einen anti-autistischen Phänotyp. Dieser Phänotyp war gekennzeichnet durch hypersoziales Verhalten mit erhöhten Ultraschallvokalisationen (USVs) und verringertem repetitiven Verhalten bei normaler kognitiver Leistung. Ferner zeigten miR379-410 ko-Mäuse einen über die Lebensspanne konsistenten, ausgeprägten Angstphänotyp. Der miR379-410 ko Verhaltensphänotyp ging einher mit verstärkter exzitatorischer synaptischer Transmission und einer erhöhten Dichte von dendritischen Dornfortsätzen im Hippocampus. Darüber hinaus konnte eine erhöhte Expression von ionotropen Glutamat-Rezeptor-Komplexen im Hippocampus festgestellt werden. Dabei war es möglich, einige der hochregulierten exzitatorischen synaptischen Gene (Cnih2, Src, Prr7 und Dlgap3), die eingangs durch Transkriptom-Analyse identifiziert wurden, als direkte Cluster-Zielkandidaten zu validieren. Zusammenfassend beschreibt diese Arbeit zum ersten Mal die Rolle von spezifischen miRNAs aus dem miR379-410-Cluster, die als negative Regulatoren auf das Sozialverhalten einwirken und ferner durch Kontrolle der Genexpressionen die Funktion exzitatorischer Synapsen beeinflussen. Demnach könnte der Eingriff und die Manipulation von miRNAs aus diesem Cluster eine vielversprechende Strategie darstellen, um zukünftig neurologische Entwicklungsstörungen, wie beispielsweise ASS, besser verstehen und adäquat behandeln zu können.


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