Alternatives Spleißen in der Regulation von Planarien-Stammzellen in vivo: CELF/MBNL Antagonismus reguliert Stammzellerneuerung und -differenzierung.

• Antragsteller: Dr. Jordi Solana García
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256258154

Durch Alternatives Spleißen (AS) werden alternative Exons selektiv in reife mRNAs ein- oder ausgeschlossen. Es entstehen verschiedene mRNA und Protein Isoformen, oft mit unterschiedlichen Funktionen. In den letzten Jahren wurden durch Hochdurchsatz-Sequenzierung transkriptomweite Studien möglich, die die Erforschung des AS stark vorangetrieben haben. So weisen viele Befunde darauf hin, dass AS essentiell ist für die Ausbildung des genregulatorischen Pluripotenz-Netzwerks von Stammzellen. Dem Feld fehlt jedoch ein transkriptomweiter Ansatz zur Untersuchung der Rolle des AS in Stammzellen in vivo. Freilebende Planarien bieten hier ein geeignetes Modellsystem: Zahlreiche Stammzellen, sogenannte Neoblasten, verleihen ihnen eine erstaunliche Regenerationsfähigkeit. Neoblasten sind pluripotent, können in großer Zahl isoliert werden und in vivo durch Funktionsverlustexperimente manipuliert werden. Neuere Transkriptomstudien der Rajewsky-Gruppe haben aufgezeigt, dass einige Pluripotenzmechanismen evolutionär stark konserviert sind, und dass Untersuchungen an Planarien daher informativ sind für die menschliche Stammzellbiologie. Wir haben bereits stammzell-spezifische, alternativ gespleißte Exons in Planarien identifiziert, sowie zwei für das AS verantwortliche Faktoren (eigene Vorarbeiten). Unsere Befunde weisen darauf hin, dass vorwiegend CELF- und MBNL-Proteine das AS in Stammzellen regulieren. CELF und MBNL fördern oder hemmen den Einschluß alternativer Exons, jeweils in entgegengesetzter (antagonistischer) Weise. Die Rolle von MBNL-Proteinen für das AS in menschlichen Stammzellen ist evolutionär konserviert, während die antagonistische Funktion menschlicher CELF-Proteine bisher nur ansatzweise erkannt wurde. Insgesamt scheint dem AS eine evolutionär konservierte Schlüsselfunktion bei der Regulation von Stammzellen zukommt, im Menschen wie in Planarien. Um zu verstehen, wie das Zusammenspiel von CELF- und MBNL-Proteinen Stammzellen reguliert, möchte ich in diesem Projekt untersuchen, wie sich Funktionsverluste von CELF und MBNL auswirken, und welche RNA-Moleküle von diesen Faktoren gebunden werden. Mittels RNAi werde ich die Rolle von CELF und MBNL bei der Stammzellerneuerung und -differenzierung und beim AS charakterisieren. Zudem werde ich versuchen, in vivo PAR-CLIP in Planarien zu etablieren, eine Methode, die eine Nukleotid-genaue, transkriptomweite Identifizierung von RNA-Bindestellen erlaubt. Die Integration funktioneller mit RNA-Bindungs-Daten sollte es mir ermöglichen, die Rolle des evolutionär konservierten CELF/MBNL-Antagonismus für Stammzellidentität und Plutipotenz aufzuklären, und zu verstehen, wie dieser Antagonismus mRNAs in vivo reguliert. Dieses Projekt soll zu neuen Einsichten in die Mechanismen führen, die der post-transkriptionellen Regulation von Stammzellen im intakten Organismus zugrunde liegen, sowohl auf mechanistischer Ebene als auch in Bezug auf die evolutionäre Konservierung dieses Prozesses.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen