title: Identification of Nova1 as a novel modulator of microRNA function in neurons
title: Identifikation von Nova1 als neuer Modulator der mikroRNA-Funktion in Neuronen
Creators: name: Thümmler, Juliane
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: MikroRNA
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Neuronen
MicroRNA , Neurons

description: 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 level of mRNA translation
      and stability. MiRNAs have well documented roles in the
      control of neuronal development and function. Specific
      miRNAs, such as miR-134, regulate the local dynamic
      translation of mRNAs at the synapse thereby controlling
      activity-dependent changes in synaptic strength. MiRNAs
      regulate mRNA translation within a large RNA-protein complex,
      the microRNA-induced silencing complex (miRISC). Whereas the
      core components of miRISC, e.g. Argonaute (Ago) and GW182
      proteins, are highly conserved, cell-type specific auxiliary
      proteins play important roles in the modulation of miRISC
      activity. The molecular mechanisms by which miRISC activity
      is specifically regulated in the neuronal system by such
      auxiliary proteins however are poorly described. This project
      presents the validation and evaluation of the first large
      scale screening study that was performed in order to find
      novel RNA-binding proteins (RBPs) that regulate miRISC
      activity in primary neurons. The RNAi-based screen identified
      the RBPs Nova1, Ncoa3 and Ewsr1 as new modulators of miRISC
      in neurons and further confirmed the function of two
      previously reported miRISC interacting proteins (Ddx6,
      Tnrc6c). Subsequently, Nova1 was chosen for follow-up
      experiments directed at the elucidation of the underlying
      molecular mechanisms. Using luciferase reporter assays for
      targets of multiple neuronal miRNAs in addition to miR-134, I
      obtained evidence that Nova1 regulates miRNA activity in
      neurons in a general manner. In addition, I found that Nova1
      can act as a regulator of miRNA activity irrespective of the
      3‘UTR context. Further data demonstrated that Nova1 interacts
      with Ago and the miR-134 target mRNA Limk1. Investigations on
      the functional relevance of this mechanism revealed that
      Nova1 is required for miR-134 mediated spine size reduction.
      Furthermore, I could show that Nova1 is necessary for the
      upregulation of Limk1 translation upon treatment with
      brain-derived neurotrophic factor (BDNF), suggesting that
      Nova1 could be involved in the stimulus-dependent control of
      neuronal mRNAs. In summary, Nova1 was identified as a new
      modulator of miRISC activity in neurons and the underlying
      mechanism was characterized in detail. The data obtained
      during the thesis project suggests that Nova1 is involved in
      the dynamic activity-dependent regulation of miRNA function
      in neurons.
description: 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.