Transcriptome-wide functional analysis of post-transcriptional regulatory interactions of the RNA-binding protein HuR/ELAVL1

Abstract

Post-transcriptional regulation is performed by small RNAs and RNA-binding proteins (RBPs) which control mRNA splicing, export, degradation and translation efficiency. Each small RNA and RBP interacts with up to thousands of target transcripts, but only for a few RBPs their targets have been comprehensively identified. HuR/ELAVL1 is a conserved RBP which regulates mRNA stability and translation. The aim of the present collaborative work was to characterize functional targets of HuR. To obtain precise transcriptome-wide binding sites of HuR in human cells, we used crosslinking and immunoprecipitation (IP) coupled with deep sequencing of bound RNA. The functionality of these sites was validated by measuring the transcriptome-wide impact of HuR knock down on mRNA levels. We also measured changes in protein synthesis of thousands of proteins which reflected the role of HuR in protein synthesis. We found multiple binding sites of HuR in introns and shown a role of HuR in mRNA processing. We also discovered the unexpected regulation of the microRNA miR-7 by HuR. In summary, we identified thousands of direct and functional HuR targets, found a human miRNA controlled by HuR, and propose a role for HuR in splicing.

Posttranskriptionelle Regulation erfolgt durch RNA-bindende Proteine (RBPs) und kleine RNAs, welche Prozessierung (Splicing), Export, Degradation und Effizienz der Translation der mRNA ausführen. Die neuen Hochdurchsatz- Technologien und bioinformatische Analyse/Vorhersagen zeigen, dass jede kleine RNA oder RBP tausende von mRNAs kontrollieren kann. Dennoch wurden bisher nur für wenige RBPs die Ziel-mRNAs vollständig identifiziert. Das RBP HuR/ELAVL1 ist evolutionär konserviert und kontrolliert die Stabilität und Translationseffizienz von mRNAs. Das Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung und Charakterisierung von funktionellen Ziel-mRNAs von HuR (auf Transkriptoms-Ebene). Um transkriptomweit die präzisen Bindestellen von HuR in humanen Zellen zu identifizieren, haben wir UV-licht induzierte Querverbindung und Immunoprezipitation von HuR, gefolgt von Sequenzierung, angewendet. Die Auswirkung von HuR-knock down auf die mRNA-Pegel validierte die Funktionalität der identifizierten Bindungsstellen. Wir haben die Wirkung von HuR auf die Änderung der Proteinsynthese von tausenden von Proteinen gemessen, was die Rolle von HuR in der Synthese der Proteinen reflektiert. Wir haben mehrere Bindestellen von HuR in Introns identifiziert und eine Rolle von HuR in mRNA-Prozessierung gezeigt. Zusätzlich haben wir eine unerwartete Rolle für HuR in der Prozessierung von miR-7 aufgedeckt. Zusammenfassend, wir haben tausende von direkten und funktionellen HuR Ziel-mRNAs identifiziert und eine Rolle von HuR im alternativen Splicing und in Prozessierung von miR-7 aufgedeckt.