The role of non-coding RNAs in skeletal development and disease
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Knorpel-Haar-Hypoplasie (im Englischen Cartilage-hair hypoplasia, CHH) ist eine seltene genetische Erkrankung, die durch Mutationen in der RNA-Komponente des mitochondrialen RNA-verarbeitenden Endoribonuklease (RMRP, OMIM #157660)-Gens verursacht wird. Einige Patienten haben hypopigmentiertes, feines Haar (Hypotrichose) und Veränderungen sowohl der Struktur als auch der Anzahl der Haare, die zum Namen CHH führten. Mittlerweile ist bekannt, dass nicht alle Patienten mit CHH diese Veränderungen aufweisen und andere Symptome wie Kleinwuchs, metaphysäre Chondrodysplasie, kombinierte Immunschwäche und erhöhte Anfälligkeit für bestimmte Krebsarten auftreten können. Das RMRP-Gen kodiert für eine nicht-kodierende RNA, die Teil eines Ribonukleoprotein-Komplexes ist, der als RNase MRP-Komplex bezeichnet wird. Dieser MRP-Komplex ist wichtig für die Prozessierung von prä-5.8S-rRNA sowie Cyclin-B2-mRNA und nimmt auch an der mitochondrialen DNA-Replikation teil. In den letzten Jahren wurden immer mehr Funktionen und Interaktionspartner der RMRP-RNA, wie z.B. Telomerase Reverse Transkriptase (TERT), identifiziert. Da Skelettdefekte das Hauptsymptom von CHH sind, haben wir die Hypothese aufgestellt, dass die RMRP-RNA eine entscheidende Rolle bei der Skelettentwicklung spielen muss. Wir zeigten, dass die RMRP-Expression während der Differenzierung von Zelllinien und Primärzellen hin zu einem chondrogenen Phänotyp ansteigt und damit erste Hinweise auf die Richtigkeit unsere Hypothese liefert. Um die Auswirkungen von Mutationen im RMRP-Gen auf die Skelettentwicklung weiter zu untersuchen, haben wir mehrere Ansätze zur Generierung von Tiermodellen unter Verwendung verschiedener Techniken etabliert, um entweder einen Knockout oder Knockdown der RMRP-RNA-Expression zu erlangen. Neben unserer Arbeit mit Zelllinien und Tiermodellen konzentrierten wir uns auf CHH-Patienten und deren Mutation im RMRP-Gen. Wir identifizierten und charakterisierten zwei neu entdeckte pathogene RMRP-Mutationen bei einem Patienten mit charakteristischem CHH-Phänotyp. Des Weiteren haben wir zwei Konsensus-Sequenzen im RMRP-Promoter entdeckt und festgestellt, dass eine oder beide dieser Sequenzen in bekannten CHH-verursachenden RMRP-Promoter-Mutationen dupliziert werden. Wir analysierten die Expression von mehr als 12.000 Genen von gesunden menschlichen Haut-Fibroblasten sowie von Haut-Fibroblasten von CHH-Patienten während der Differenzierung hin zu einem chondrogenen Phänotyp mit Hilfe von RNA-Sequenzierung (RNA-seq), um mögliche Defekte in Signalwegen bei CHH-Patienten herauszufinden. Wir konzentrierten uns auf zwei spezifische Signalwege (Wnt-Signalweg u. Hypoxie-Signalweg), die für die Knochenentwicklung essentiell sind, um die Korrelation zwischen diesen Signalwegen und der RMRP-RNA zu bestimmen. Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Expression von RMRP-RNA verknüpft ist mit bestimmten Komponenten dieser Signalwege. Unsere Beobachtungen, dass die RMRP-Expression während der chondrogenen Differenzierung in verschiedenen murinen und menschlichen Zelllinien erhöht ist sowie unsere RNA-seq Daten bestätigten unsere Hypothese, dass die RMRP–RNA eine entscheidende Rolle bei der Skelettentwicklung spielen muss. Wir konnten zeigen, dass Mutationen des RMRP-Gens zu Veränderungen nicht nur in der RMRP-RNA-Expression führen, sondern auch wichtige Signalwege beim Menschen beeinflussen. Diese Ergebnisse liefern einen Ausgangspunkt für weitere Studien, die zu einem besseren Verständnis des CHH-Pathomechanismus führen könnten. Darüber hinaus könnten unsere Erkenntnisse eine Grundlage zur Erforschung / Entwicklung von therapeutischen Ansätzen bilden, was zu einer besseren klinischen Behandlung von CHH-Patienten führt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Viperin mRNA is a novel target for the human Rnase MRP/RNase P endoribonuclease. Cell. Mol. Life Sci. 2011,68:2469–80
Mattijssen S, Hinson ER, Onnekink C, Hermanns P, Zabel B, Cresswell P, Pruijn GJM
- (2013) “Altered cilium-regulated Wnt-siganling in GMAP-210 deficient cells” 3rd Heidelberg Forum for Young Life Scientists 2013
Wehrle A, Lausch E, Keppler R, Salfelder A, Eckmann F, Janocha N, Zabel B
- (2013) “Golgia or Cilia? The molecular pathogenesis of TRIP11-associated dieseases” Keystone Symposium 2014 on Cilia, Development and Human Disease
Wehrle A, Salfelder A, , Keppler R, VillavincencioLorini P, Eckmann F, Janocha N, Erlacher M, Schmidts M, Pazour GJ, Zabel B, Lausch E
- (2013) “Mutations in the RMRP promoter lead to increased promoter activity and changes in p21 expression“ 3rd Heidelberg Forum for Young Life Scientists 2013
Eckmann F, Steinbusch MMF, Welting TJM, Wehrle A, Salfelder A, Keppler R, Janocha N, Lausch E and Zabel B
- (2013) “RMRP promoter mutation lead to increased promoter activity and Wnt-independent expression of RMRP and p21“ 18th annual meeting of the RNA society 2013
Eckmann F, Steinbusch MMF, Welting TJM, Wehrle A, Salfelder A, Keppler R, Janocha N, Lausch E and Zabel B
- (2013) “RNase MRP is involved in chondrogenic differentiation” 18th annual meeting of the RNA society 2013
Steinbusch MMF, Caron MMJ, Eckmann F, Lausch E, Zabel B, Pruijn GJM, van Rhijn LW, Welting TJM
- (2014) “From the Golgi to the ciliary membrane” 3rd International Symposium ‘Protein Trafficking in Health and Disease’ 2014
Wehrle A, Salfelder A, Friedrich F, Janocha N, Lausch E
- (2014) “Membrane-bound O-Acyltransferases (MBOATs) are essential for secreted signalling proteins” 3rd International Symposium ‘Protein Trafficking in Health and Disease’ 2014
Salfelder A, Friedrich F, Wehrle A, Keppler R, Janocha N, Villavincencio Lorini P, Pröls F, Scaal M, Lausch E
- (2014) “The role of modified fibroblast growth factor (FGF)-signaling in health and disease” 3rd International Symposium ‘Protein Trafficking in Health and Disease’ 2014
Janocha N, Friedrich F, Wehrle A, Salfelder A, Keppler R, Lausch E
- (2015) “A potential role of MBOAT1 in limb development and skeletal pathogenesis” Gordon Research Conference ‘Cartilage biology and pathology’ 2015
Salfelder A, Wehrle A, Villavincencio Lorini P, Keppler R, Janocha N, Friedrich F, Lausch E
- (2015) “Glycosylation-dependantsignalling in chondrogenesis” Gordon Research Conference ‘Cartilage biology and pathology’ 2015
Janocha N, Schöller-Mann A, Wehrle A, Salfelder A, Friedrich F, Lausch E
- (2015)“Mutations in RMRP result in increased HIF1A levels during chondrogenesis“ 12th International Skeletal Dysplasia Society meeting 2015
Friedrich F, Steinbusch MMF, Velasco A, Zabel B, Lausch E, Welting TJM
- (2017) Expression of RMRP RNA is regulated in chondrocyte hypertrophy and determines chondrogenic differentiation. Sci Rep 2017,7(1):1-15
Steinbusch MMF, Caron MMJ, Surtel DAM, Friedrich F, Lausch E, Pruijn GJM, Verhesen W, Schroen BLM, van Rhijn LW, Zabel B, Welting TJM
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41598-017-06809-5)
