Regulation des Adenosine Deaminase medeiierten RNA-Editings durch mRNA Spleissen

Für lange Zeit wurde angenommen, dass genetische Information, welche in DNA gespeichert ist, nur in RNA transkribiert würde, um direkt und ohne Veränderung der Information in Proteine translatiert zu werden. Dieses zentrale Dogma der Molekularbiologie wurde jedoch durch Beobachtungen, welche zeigten, dass genetische Information auf Ebene der RNA verändert werden kann und dass RNA selbst regulatorische Funktionen ausüben kann, angezweifelt. Die wichtigsten Faktoren, welche post-transkriptionelle Veränderungen der genetischen Information bewirken können, sind das alternative Spleissen wie auch das RNA-Editing. In Metazoa ist die Adenosin Desaminierung der häufigste RNA-Editierungsprozess, welcher durch die ADAR Klasse an Enzymen bewerkstelligt wird. Sowohl alternatives Spleissen als auch RNA-Editierung durch ADARs finden im Zellkern statt, wo diese zwei Prozesse vermutlich kotranskriptionell gekoppelt sind. Es ist anzunehmen, dass RNA-Spleissen die RNA-Editierung kontrollieren kann: Zum einen werden viele Editierungsstellen durch Introns definiert. Die Geschwindigkeit des Spleissens kann daher das Ausmass des Editings regulieren. Ebenso bestimmt die Geschwindigkeit des Spleissens, wie lange eine RNA im Zellern lokalisiert bleibt. Eine verlängerte Verweildauer der RNA im Zellkern kann dabei ebenfalls das Ausmass des Editings beeinflussen, da RNA Editing vornehmlich im Zellkern stattfindet. Es fehlen jedoch systematische Studien, welche untersuchen, wie diese zwei Prozesse gekoppelt sind. Wir schlagen daher vor, den Einfluss des pre-mRNA Spleissens auf das RNA-Editing auf Transkritpom-weiter Ebene zu untersuchen. Dies soll mittels RNA-Sequenzierung von Zellen, welche mit Spleiss-Inhibitoren behandelt wurden, untersucht werden. Dieser globale Ansatz wird durch detaillierte Studien an Modellsubstraten komplementiert, in welchen die Spleiss-Effizienz moduliert wurde. Zusammengefasst soll unsere Studie Einblick darüber geben, wie die zwei wichtigsten Prozesse, welche zu post-transkriptioneller Veränderung der genetischen Information führen, quantitativ als auch qualitativ miteinander gekoppelt sind.

Diversifizierung von Genprodukten erfolgt in multizellulären Organismen durch mehrere Prozesse. Auf Transkriptebene trägt die Desaminierung von Adenosinen zu Inosinen wesentlich zur Diversifizierung bei. Inosin wird während der Translation als Guanosin gelesen. Daher führt Editierung in kodierenden Bereichen von Transkripten häufig zum Einbau von anderen Aminosäuren als ursprünglich in der DNA kodiert. Dabei ist der Grad der Editierung variabel. Ein Transkript kann also zu 10% aber auch zu 90% editiert werden. Die exakte Regulierung von Editierung ist von großer biologischer Relevanz, da Fehlregulierung häufig mit Krankheiten wie z.B. Schizophrenie, Epilepsie oder Depression assoziiert ist. Im Laufe unseres Projektes konnten wir zeigen, dass Editierung zu einem großen Teil durch die Effizienz des mRNA-Spleißens reguliert wird. mRNA-Spleißen bezeichnet die Entfernung von nicht-kodierenden Regionen (Introns) des Transkriptes durch das Spleißosom. Dies führt zur Umwandlung der prä-mRNA in reife mRNA. Die mRNA besteht dann hauptsächlich aus kodieren Regionen (Exons). mRNA wird nach dem Spleißen aus dem Zellkern exportiert und im Zytoplasma als Matrize für die Translation verwendet. Die wesentlichen Ergebnisse unserer Arbeit sind im Folgenden dargestellt: 1) Die Effizienz des mRNA-Spleißens bestimmt das Ausmass der Editierung. Hierbei gilt das langsameres Spleißen zu einem höheren Grad an Editierung führt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der RNA-Doppelstrang welcher eine Voraussetzung für Editierung ist zwischen exonischen und intronischen Teilen des Transkriptes besteht. 2) Konsequenterweise können alternative Spleißfaktoren also Proteine, welche die Effizienz des Spleißens für einzelne Exons oder Introns regulieren - ebenso den Grad der Editierung beeinflussen. 3) Der Grad der Editierung unterscheidet sich zwischen verschiedenen Geweben. Wir haben starke Hinweise darauf gefunden, dass auch hier die Effizienz des Spleißens wesentlich für die Unterschiede im Grad der Editierung verantwortlich ist. 4) Im Zuge unserer Arbeit haben wir außerdem über 90,000 neue Editierungspositionen im Transkriptom der Maus identifiziert. Da die Maus ein wichtiges Modellsystem für die biomedizinische Forschung darstellt, bildet diese Sammlung an Editierungspositionen ein wichtiges Kompendium für zukünftige Forschung. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass die Variabilität des RNA-Editings wesentlich an die Geschwindigkeit des Spleissvorganges gekoppelt ist.