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

The proper development, differentiation and plasticity of the nervous system require an accurate regulation at multiple levels of gene expression. One important class of post-transcriptional regulators are microRNAs (miRNAs), tiny RNA molecules that inhibit protein synthesis of target mRNAs at the l...

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Main Author: Thümmler, Juliane
Contributors: Schratt, G. (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2016
Physiologische Chemie
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Table of Contents: 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.