Effect of PRMT5 inhibition on splicing in a PTEN model of Autism Spectrum Disorders

Abstract

Autism Spectrum Disorder (ASD) is a developmental disorder with a variety of clinical symptoms and underlying genetic and environmental risk factors. Besides their well- established role in cancer, mutations in the tumor-suppressor gene PTEN were found to be among the rare monogenic causes of ASD. Characteristic phenotypes related to PTEN-ASD include macrocephaly, neuronal hypertrophy, and abnormal neurite growth. Dysfunctional PTEN results in a disinhibition of the PI3K-Akt-mTOR pathway which can explain some pathological features including cellular overgrowth. However, other hallmarks of PTEN-ASD, such as aberrant pre-mRNA splicing, are not yet fully understood and could be crucial for neurodevelopment. The present study followed up on RNA-sequencing experiments that showed differential splicing in synaptic genes upon a conditional Pten-knockout in primary neuronal cultures (Rademacher et al., accepted for publication in Brain). It was the aim of the present thesis to further examine the splicing process in the context of Pten deficiency and PRMT5 inhibition, which were shown to have similar effects on spliceosome biogenesis in the conducted immunocytochemistry experiments. Further immunoblotting experiments suggesting crosstalk between mTOR and PRMT5 activity reinforced the hypothesis that PRMT5 function is affected downstream of Pten deficiency. However, final experiments assessing the effect of PRMT5 inhibition on alternative splicing did not find changes in splicing patterns related to PRMT5 activity in the selected targets. This thesis gives insights into the interplay of PTEN, the PI3K-Akt-mTOR pathway, PRMT5 activity, and alternative splicing, which could not only be relevant for the pathogenesis of PTEN-ASD but also reveal general mechanisms underlying dysfunctional neurodevelopment.

Die Autismus-Spektrum-Störung (ASS) zählt zu den Entwicklungsstörungen und wird durch eine Vielfalt klinischer Symptome sowie möglicher zugrundeliegender genetischen und umweltbedingten Risikofaktoren gekennzeichnet. Mutationen im Tumorsuppressorgen PTEN gehören zu den seltenen, monogenetisch bedingten Ursachen von ASS. Zu den phänotypischen Besonderheiten von PTEN-ASS zählen Makrozephalie, übergroße Neuronen sowie ein abnormales Wachstum der Neurite. Der fehlende inhibitorische Einfluss von PTEN auf den PI3K-Akt-mTOR Signalweg führt zu dessen Überaktivität, durch die einige Symptome – wie zum Beispiel gesteigertes Zellwachstum – erklärt werden können. Dagegen sind andere Kennzeichen von PTENASS, wie Beeinträchtigungen im alternativen Spleißen, noch nicht vollständig verstanden. Besonders für die Entwicklung von neurologischen Entwicklungsstörungen könnten diese jedoch relevant sein. Diese Arbeit baut auf früheren Experimenten auf, die durch RNA-Sequenzierung offenlegen konnten, dass es in primären neuronalen Kulturen mit einem konditionellen Knockout von Pten zu abnormalem Spleißen in synaptischen Genen kommt (Rademacher et al., zur Veröffentlichung angenommen bei Brain). Das Ziel der vorliegenden Studie war es, den Spleiß-Prozess in Abhängigkeit von PTENVerlust und PRMT5-Inhibition zu untersuchen, da beide Faktoren in den durchgeführten immunzytochemischen Experimenten ähnliche Effekte auf die Biogenese des Spliceosoms gezeigt haben. Weiterführende Immunoblot-Untersuchungen zeigten, dass mTOR- und PRMT5-Aktivität sich gegenseitig beeinflussen. Das unterstützt die Hypothese, dass der Verlust von PTEN Auswirkungen auf die PRMT5-Aktivität haben könnte. Tatsächlich konnten die finalen Experimente keinen Effekt von PRMT5-Inhibition auf das alternative Spleißen von ausgewählten Zielgenen zeigen. Dennoch gibt die vorliegende Arbeit wichtige Einblicke in das Zusammenspiel von PTEN, den PI3K-AktmTOR Signalweg, PRMT5-Aktivität und alternatives Spleißen in Neuronen. Das könnte nicht nur für ein besseres Verständnis der PTEN-ASS, sondern auf für grundlegende Mechanismen neurologischer Entwicklungsstörungen relevant sein.