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Projekt
zirkukäre RNAs: neue Regulatoren der dendritischen Proteinsynthese während der Synapsenentwicklung in Säugern
Fachliche Zuordnung
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Förderung
Förderung von 2014 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255069996
Die präzise Regulation der lokalen Proteinsynthese in neuronalen Dendriten ist essenziell für aktivitäts-abhängige Synapsenbildung und -plastizität. Defekte in diesem Prozess werden mit neuronalen Entwicklungsstörungen, wie z.B. mentale Retardierung und Autismus, in Verbindung gebracht. Während der letzten Dekade wurden mikroRNAs (miRNAs), eine große Familie nicht-kodierender RNA, und RNA-Bindeproteine (RBP) als wichtige Regulatoren der lokalen Proteinsynthese und Dendriten-Morphogenese in Neuronen identifiziert. Wie die miRNA/RBP Funktion selbst durch neuronale Aktivität kontrolliert wird ist jedoch weitestgehend unbekannt. Während der ersten Förderperiode haben wir uns auf die Rolle des miRNA/RBP Wechselspiels bei der Regulation der Dendriten-Morphologie fokussiert. Dabei konnten wir zwei RBPs, Nova1 und Ncoa3, identifizieren, die für die repressorische Wirkung dendritischer miRNAs benötigt werden. Während Nova1 Teil des neuronalen miRISC ist, stimuliert Ncoa3 indirekt die miRISC Funktion mittels Induktion der Ago2 Expression (Störchel et al, 2015). Weiterhin identifizierten wir eine competing endogenous RNA, Ube3a-1, als weiteren wichtigen Mechanismus, um die Verfügbarkeit spezifischer dendritischer miRNAs zu kontrollieren (Valluy et al., 2015). In der zweiten Förderperiode werden wir den Fokus auf circRNAs legen, lange nicht-kodierende RNAs die durch spezifisches head-to-tail Spleißen generiert werden (Backsplicing). In ersten Experimenten konnten wir nachweisen, dass circRNAs in hippokampalen Rattenneuronen abundant, dendritisch angereichert und aktivitäts-abhängig reguliert sind. RNAi-vermittlerter Knockdown spezifischer circRNAs führte zu einer gestörten BDNF-abhängigen Dendritogenese, was auf eine Funktion bei der Ausbildung neuronaler Schaltkreise hindeutet. In silico Analytik dokumentierte das Vorhandensein von Translations-Starts und RBP Bindemotiven in circRNAs und bildet die Grundlage für mechanistische Ansätze. Daher formulieren wir die Hypothese, dass circRNAs wichtige Regulatoren der dendritischen Proteinsynthese und der aktivitäts-abhängigen Synapsenentwicklung darstellen. Wir werden insgesamt vier Ziele verfolgen: (1) Umfangreiche Validierung der dendritischen Lokalisation von mittels RNA-seq identifizierten Kandidaten circRNAs in vitro und in vivo; (2) Funktionsstudien mit 24 Kandidaten im Kontext von aktivitäts-abhängiger Synapsenentwicklung in hippokamplen Neuronen; (3) vollständige Rekonstruktion der circRNA Sequenz und Struktur mittels langer RNA-seq Verfahren; (4) Untersuchung des zugrundeliegenden Wirkmechanismus mit Fokus auf miRNA-RBP sponges, Transport-Vehikel und mRNA traps. Die geplanten Experimente werden uns einen beispiellosen Einblick in die Rolle von circRNAs während der synaptischen Entwicklung und Plastizität geben. Dies wiederum dient als Grundlage für weiterführende Studien, die die Funktion von circRNAs in einem physiologischeren Kontext im intakten Gehirn beleuchten werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 1738:
Neue Funktionen von nicht kodierenden Ribonukleinsäuren während der Entwicklung, Plastizität und Erkrankung des Nervensystems
Internationaler Bezug
Schweiz
