Regulatorische Wechselwirkungen zwischen Transkriptions-Initiation und ko-transkriptionellen Prozessen in Neuronen

• Antragstellerin: Dr. Valerie Hilgers
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500335138

Neuronen sind stark polarisierte Zellen mit komplexer und dynamischer Architektur. Bildung und Erhalt neuronaler Zellen und Schaltkreisen bedürfen der koordinierten Genexpression in jedem Schritt des RNA-Stoffwechsels: von Transkription, prä-mRNA-Prozessierung, lokalisiertem Transport und Translation bis zum Abbau. Zur Erreichung dieser Komplexität nutzen Neuronen Mechanismen zur Erhöhung des RNA-Regulationspotentials. Das Ausmaß neuronaler RNA-Diversität und die hohe Anzahl von in Neuronen vorkommenden mRNA-Isoformen und nichtcodierenden RNAs wurden erst mit dem Aufkommen neuer Transkriptomik-Techniken erfasst. Noch immer werden die regulatorischen Zusammenhänge zwischen transkriptionellen, ko-und post-transkriptionellen Prozessen nicht hinreichend verstanden.Neurologische Erkrankungen gehen praktisch immer mit einer Dysfunktion der RNA-Regulation einher. Wir müssen mechanistische und funktionale Einblicke in die Regulation der RNA-Diversität erlangen, um die solchen Pathologien zugrundeliegenden molekularen Prozesse zu verstehen.Das hochkonservierte RNA-bindende Protein ELAV ist in allen Neuronen aller bisher untersuchten Tiere exprimiert. Obwohl ELAV-Proteine für ihre Rolle bei zahlreichen neurologischen Erkrankungen und ihre Notwendigkeit bei der neuronalen Differenzierung bekannt sind, sind molekulare Funktion und die zugehörigen Mechanismen nicht gut verstanden. Unsere frühere Arbeit in Drosophila ergab, dass ELAV neuronale Transkriptionssignaturen wie die Neuronen-spezifische alternative Polyadenylierung bestimmt. Weiterhin zeigten wir zum ersten Mal eine funktionale Verbindung zwischen der Regulation von Transkriptions-Initiation und alternativer Polyadenylierung.Mit diesem Antrag wollen wir herausfinden, wie einzelne, Neuronen-spezifische Transkriptionsereignisse ko-reguliert werden: Bildung zirkulärer RNA (circRNA), alternatives Splicing und alternative Polyadenylierung. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass die drei Prozesse bei der Transkriptions-Initiation mechanistisch durch ELAV verbunden und gesteuert werden.Zuerst werden wir unter Verwendung mehrerer komplementärer Ultra-long-read-Sequenziertechniken im Gehirngewebe von Drosophila ganze mRNA-Isoformen vom 5’- bis zum 3’-Ende bestimmen und die regulatorischen Verbindungen zwischen Transkriptions-Initiation, Splicing und Transkriptions-Termination in vivo ermitteln. Funktionelle Genetik und RNA-Biochemie werden die molekularen Mechanismen aufdecken, die der durch ELAV in Neuronen-spezifischer Weise bestimmte Isoform-Auswahl zugrunde liegen. Dann werden wir mit Hilfe funktionaler Transkriptomik in Fluss-sortierten elav-mutanten Neuronen, sowie mit ELAV-Bindungsstudien, feststellen, wie ELAV die circRNA-Synthese und -Homöostase in vivo moduliert. Schließlich werden wir die Ergebnisse zusammenfassen, um den Mechanismus der Ko-Regulation von Transkriptionsprozessen zur Erzeugung Neuronen-spezifischer RNA-Signaturen global zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen