dc.contributor.author
Babic, Ana
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:42:40Z
dc.date.available
2017-01-02T10:34:47.331Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10870
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-15068
dc.description.abstract
Unique neuronal morphology and the information processing that occurs in
distal dendritic and axonal compartments necessitates the cellular mechanisms
for synthesis, modification, delivery and degradation of dendritic and
synaptic proteins locally. In recent years, a variety of individual RNA
molecules, regulating protein translation and other cellular functions, have
been discovered in neuronal compartments . However, it is not fully understood
which of the coding and noncoding genes are expressed in neuronal compartments
and which function they might have in mRNA localization and RNA-regulated
translation. To address this, we characterized the gene expression profile of
mouse neuronal processes using a combination of synaptosomes isolation with
high-throughput sequencing. We identified 19,303 protein coding genes
expressed in mouse hippocampal synaptosomes. Of these, 1,446 were enriched by
more than two fold compared to adult mouse hippocampus, including genes with
previously described synaptic functions. Notably, by taking such an unbiased
approach, we identified mRNAs expected to be entirely somatic, among them
transcription factors, enriched in synaptosomes. The localization pattern of a
subset could be validated by high resolution in situ hybridization. Among
different classes of non-coding RNAs, circular RNAs (cRNAs), formed by the
atypical head-to-tail splicing of exons, have re-emerged as a potentially
interesting RNA species. We profiled the expression of cRNAs in different
mouse tissues and found them to be more abundant in the brain. Interestingly,
the loci deriving cRNAs in the brain showed enrichment of genes with synapse-
related functions. More intriguingly, on average, cRNAs were more abundant in
synaptosomes compared to the whole brain homogenate. All these observations
suggest synapse related function of cRNAs in brain. Consistently with this
hypothesis, we could observe the change of cRNAs expression during
synaptogenesis in mouse hippocampus, some of which are not accompanied with
the expression changes of their linear hosts. Moreover, we could demonstrate
the expression change of a dozen of circular RNAs upon neuronal stimulation.
Finally, we identified protein interaction partners of an abundant circular
Homer1 transcript, many of which are known components of neuronal RNA
transport granule, suggesting the circular RNAs might be actively transported
to distal parts of the neuron. In conclusion, in this study, using an unbiased
approach, we have characterized distally localized neuronal transcriptome,
including both coding and non-coding RNAs. Our data serves an important
resources for further functional study of RNA localization and local
regulation in neuron.
de
dc.description.abstract
Die einzigartige Morphologie von Neuronen und der Informationsfluss, der in
dendritischen und axonalen Kompartimenten stattfindet, erfordern einen
zellulären Mechanismus für die Regulation von Synthese, Modifikation sowie die
Zufuhr und den Abbau von dendritischen und synaptischen Proteinen. Kürzlich
wurde eine Vielzahl von verschiedenen RNA Mokelülen detektiert, welche die
Proteinsynthese sowie andere zelluläre Funktionen in neuronalen Kompartimenten
regulieren. Es ist jedoch unklar, welche kodierenden und nicht-kodierenden
Gene in neuronalen Kompartimenten exprimiert sind und welche Rolle diese in
Prozessen wie mRNA Lokalisation und RNA-regulierter Translation spielen. Um
diese Fragestellung anzugehen, haben wir mittels Synaptosomen-Präparation und
Hochdurchsatzsequenzierung das Genexpressionsprofil von neuronalen Fortsätzen
charakterisiert. Wir identifizierten 19 303 protein-kodierende Gene in
Synaptosomen des Hippokampus der Maus. Mehr als 1 446 waren zweifach
angereichert im Vergleich zu Homogenaten des gesamten Gehirnes; unter ihnen
Gene mit bereits beschriebenen synaptischen Funktionen. Bemerkenswerterweise
haben wir mittels dieses unvoreingenommenen Ansatzes auch
Transkriptionsfaktoren identifiziert, die in Synaptosomen angereichert sind.
Das Lokalisationsmuster einiger ausgewählter Kandidaten konnte mit Hilfe
hochauflösender in situ Hybridisierung validiert werden. Zirkuläre RNAs
(cRNAs), die durch nicht-konventionelles “head-to-tail” Splicing von Exons
generiert werden, sind kürzlich erneut als eine potentiell interessante Klasse
von regulatorischen RNAs (neben weiteren nicht-kodierenden RNAs) in den Fokus
gerückt. Wir haben die Expression von cRNAs in unterschiedlichen Geweben des
Maus untersucht und zeigen, dass diese im Gehirn am stärksten exprimiert sind.
Interessanterweise waren die Genorte, welche die Expression von cRNAs steuern,
häufig mit synaptischen Funktionen verknüpft. Ferner waren cRNAs im
Durchschnitt stärker in Synaptosomen, als in Ganzhirnhomogenaten angereichert.
Diese Beobachtungen deuten auf eine Funktion verbunden mit Synapsen im Gehirn
hin. Im Einklang mit dieser Hypothese konnten wir eine Veränderung der
Expression einiger cRNAs während der Synaptogenese im Hippokampus der Maus
feststellen. Einige Veränderungen der cRNA Expression waren unabhängig von der
Expression ihrer linearen Hostgene. Desweiteren konnten wir zeigen, dass
einige cRNAs ihre Expression nach neuronaler Stimulierung ändern. Zum Schluss
haben wir Proteininteraktionspartner einer stark angereicherten cRNA des
Homer1 Transkriptes identifiziert. Darunter sind viele bekannte Komponenten
von neuronalen RNA Transportgranula. Dies deutet darauf hin, dass cRNAs aktiv
zu distalen Bereichen der Neuronen transportiert werden können.
Zusammenfassend haben wir mittels eines unvoreingenommenen Ansatzes das distal
lokalisierte neuronale Transkriptom, bestehend aus kodierenden- als auch
nicht- kodieren RNAs, charakterisiert. Unsere Daten dienen als wichtige
Informationsquelle für weitere funktionelle Studien der RNA Lokalisation sowie
der regulatorischen Prozesse, die lokal in Neuronen stattfinden.
de
dc.format.extent
106 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
synaptic plasticity
dc.subject
local translation
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Profiling of synaptic transcriptome
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Wei Chen
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Constance Scharff
dc.date.accepted
2015-06-18
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000102200-6
dc.title.translated
Profilieren der synaptischen Transkriptom
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000102200
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000020718
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access