title: Regulierung von mikroRNA funktion in Nageltier hippocampale Neuronen von einem alternativen Ube3a Transkript
title: Regulation of microRNA function in rodent hippocampal neurons by an alternative Ube3a transcript
Creators: name: Valluy, Jeremy
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: nicht-kodierenden RNA, neuronale Entwicklung
neuronal development
microRNAs, molecular neuroscience
miRNS
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
mikroRNA, molekulare Neurowissenschaft
non-coding RNAs

description: The activity-dependent regulation
      of neuronal maturation is important for the development of
      neural circuits and cognition. Defects in this process lead
      to severe neurodevelopmental disorders associated with
      intellectual disability and autism (Kuczewski et al., 2010).
      UBE3A has been previously demonstrated to control important
      aspects of neuronal maturation. UBE3A loss-of-function
      mutations cause Angelman syndrome (AS) (Kishino et al.,
      1997), whereas increased UBE3A gene dosage has been
      associated with autism-spectrum disorders (ASD) (Glessner et
      al., 2009). The UBE3A gene encodes an enzyme with ubiquitin
      ligase activity which is important for the degradation of
      neuronal proteins by the ubiquitin proteasome system.
      However, defects in UBE3A enzymatic activity unlikely account
      for the full spectrum of AS and ASD cases, since rare
      mutations outside the coding region have been identified
      (Bird, 2014). Recently, several alternative Ube3a transcripts
      have been described that include variable 5' and 3' ends,
      suggesting complex post-transcriptional regulation of Ube3a
      expression. In particular, the different 3’UTRs present in
      Ube3a 3' variants could be used for differential regulation
      of mRNA localization and translation. However, little was
      known concerning expression, localization and regulatory
      functions of the alternative Ube3a transcripts. In this work,
      I discovered that the rodent Ube3a1-RNA, which contains a
      truncated coding sequence and an alternative 3'UTR, has
      unique functions in neuronal maturation and a gene regulatory
      function that strongly differ from functions of the
      transcripts that code for the active Ube3a enzyme. Ube3a1-RNA
      is specifically increased by elevated neuronal activity and
      preferentially localizes to neuronal dendrites. Opposite to
      Ube3a enzyme-coding transcripts, Ubea1 is a negative
      regulator of dendrite outgrowth in rodent hippocampal neurons
      both in dissociated neuronal cultures and in vivo. In
      addition, Ube3a1 is necessary for dendritic spine maturation
      in cultured hippocampal neurons. Surprisingly, I found that
      the function of Ube3a1-RNA in the context of dendrite
      outgrowth was coding-independent and could be attributed to
      the presence of the alternative 3'UTR. Considering the
      molecular mechanisms underlying Ube3a1-RNA function, I found
      that the Ube3a1-RNA 3’UTR is a target of several microRNAs
      encoded by the miR-379/410 cluster, including miR-134 that
      was previously implicated in dendritogenesis and spine
      maturation. However, Ube3a1-RNA is not regulated by miRNAs in
      a canonical manner, but rather competes with other
      miR-379/410 target mRNAs for binding to common miRNAs.
      Therefore, Ube3a1-RNA can be considered as a competing
      endogenous RNA (ceRNA) following a hypothesis that was
      previously put forward in cancer cell lines. (Salmena et al.,
      2011) In conclusion, the results from my thesis describe a
      new gene regulatory mechanism operating in neuronal dendrites
      with important implications for neuronal maturation, circuit
      development and neurodevelopmental disorders.
description: Die aktivitätsabhängige Regulation
      der neuronale Reifung ist ein wichtiger Teil der Entwicklung
      von neuronalen Schaltkreisen und Kognition. Defekte in diesem
      Prozess führen zu schweren neurologischen
      Entwicklungsstörungen und Autismus (Kuczewski et al., 2010).
      Es wurde bereits gezeigt, dass UBE3A wichtige Aspekte der
      neuronale Entwicklung kontrolliert. Mutationen, die zum
      Verlust der Funktion von UBE3A führen, verursachen Angelman
      Syndrom (AS) (Kishino et al., 1997), während erhöhte UBE3A
      Gendosis mit Autismus (ASD) assoziiert ist (Glessner et al.,
      2009). Das UBE3A Gen kodiert ein Enzym mit Ubiquitin Ligase
      Aktivität, die für den Abbau neuronaler Proteine durch das
      Ubiquitin-Proteasome-System wichtig ist. Defekte der
      enzymatischen Aktivität von UBE3A sind jedoch mit geringer
      Wahrscheinlichkeit die einzige Ube3a-abhängige Ursache von AS
      oder ASD, da hier seltene Mutationen identifiziert wurden,
      die außerhalb der kodierenden Region liegen (Bird, 2014).
      Mehrere alternative Ube3a Transkripte wurden beschrieben, die
      unterschiedliche 5' und 3' Enden enthalten, was auf eine
      komplexe posttranskriptionale Regulation von Ube3a
      Genexpression hinweist. Insbesondere könnten verschiedene
      3'UTRs in Ube3a 3‘-Varianten für differenzielle Regulation
      der Lokalisierung und Translation genutzt werden. Betreffend
      der Expression, Lokalisierung und regulatorischen Funktion
      der alternativen Ube3a Transkripte war jedoch wenig bekannt.
      In dieser Arbeit, entdeckte ich dass die Ube3a1-RNA, welche
      eine verkürzte kodierende Sequenz und eine alternative 3'UTR
      enthält, einzigartige Funktionen in neuronaler Reifung und
      eine genregulatorische Funktion, die stark von der Funktion
      der Transkripte die das aktive Ube3a Enzym kodieren abweicht,
      hat. Ube3a1-RNA ist spezifisch erhöht durch verstärkte
      neuronale Aktivität, und lokalisiert bevorzugt in neuronalen
      Dendriten. Im Gegensatz zu Ube3a enzymkodierenden
      Transkripten, ist Ube3a1 ein negative Regulator von
      Dendritenwachstum in hippocampalen Neuronen des Nagetiers,
      sowohl in dissoziierten Kulturen als auch in vivo.
      Zusätzlich, ist Ube3a1 nötig für die Reifung von
      dendritischen Dornfortsätzen. Überraschenderweise habe ich
      herausgefunden, dass die Funktion von Ube3a1-RNA im
      Zusammenhang mit dendritischem Wachstum unabhängig von der
      kodierenden Funktion ist, und der Gegenwart einer
      alternativen 3'UTR zugeschrieben werden konnte. Bezüglich der
      molekularen Mechanismen die der Ube3a1-RNA Funktion zugrunde
      liegen, habe ich herausgefunden, dass der Ube3a1 3'UTR ein
      Ziel mehrerer MikroRNAs des miR379/410 Clusters, inklusive
      miR-134, die bereits in Dendritenwachstum und in der Reifung
      von Dornfortsätze impliziert wurde, ist. Ube3a1-RNA ist
      jedoch nicht in kanonischer Weise von MikroRNAs reguliert,
      sondern konkurriert mit anderen miR-379/410 Ziel-RNAs für die
      Bindung gemeinsamer MikroRNAs. Deshalb kann man Ube3a1-RNA
      nach einer Hypothese, die früher für Krebszellen gelegt
      wurde, als „competing endogenous RNA“ (ceRNA) erachten.
      (Salmena et al., 2011) Letztendlich beschreiben die
      Ergebnisse, die ich aus meiner Doktorarbeit erhalten habe,
      einen neuen Mechanismus der Genregulation in neuronalen
      Dendriten mit wichtigen Bedeutungen für neuronale Reifung,
      Entwicklung von neuronalen Schaltkreisen und neurologische
      Entwicklungsstörungen.