Die interindividuellen Varianzen kognitiver Funktionen des Menschen (z.B. das episodische Gedächtnis und das Arbeitsgedächtnis) basieren unter anderem auf DNA-Sequenzvarianten. Genetische Assoziationsstudien haben bereits eine große Anzahl an Kandidatengenen entdeckt, dennoch können diese nur einen kleinen Teil der phänotypischen Unterschiede erklären. Diese Studie ist ein Teil einer fortlaufenden genomweiten Assoziationsstudie in Probanden der Berliner Altersstudie II (BASE-II), die sich der Identifizierung von Faktoren des „gesunden“ vs. „ungesunden“ Alterns verschrieben hat. In dieser Arbeit führten wir eine genomweite Untersuchung an 13 Eigenschaften hinsichtlich des episodischen Gedächtnisses und des Arbeitsgedächtnisses bei 1.318 BASE-II- Teilnehmern in einem Alter von 60 bis 80 Jahren durch. Diese Analysen konnten einige neue Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) aufdecken, die mit der Gedächtnisleistung assoziiert sind, wie z.B. einem genomweiten Signal für den SNP rs9882688 (P = 7,8x10-9), welcher in einer potenziellen regulatorischen Region der microRNA (miRNA) hsa-miR-138-5p lokalisiert ist. Expression quantitative trait locus (eQTL)-Analysen, basierend auf Next-Generation RNA- Sequenzierungsdaten, konnten zeigen, dass dieser SNP eine signifikante Korrelation mit den Expressionslevel dieser miRNA in 309 menschlichen lymphoblastoiden Zelllinien (P = 5x10-4) vorweisen kann. Ein in silico- Algorithmus wies bei anderen, im GWAS hoch signifikanten Signalen einen weiteren SNP in der 3' untranslatierten Region (3'UTR) von DCP1B auf, dem eine Interaktion mit hsa-miR-138-5p (die mature Form von hsa-miR-138-1) vorhergesagt wurde. Dieses in silico-Ergebnis wurde durch in vitro-Experimente überprüft, wobei eine Bindung der miRNA an das 3'UTRReporterkonstrukt in zwei menschlichen Zelllinien demonstriert werden konnte (HEK293: P = 0,0470; SH- SY5Y: P = 0,0866). Durch das Erstellen eines Expressionsprofils von hsa-miR- 138-5p und der DCP1B mRNA in menschlichem Gehirngewebe (post-mortem), konnte eine gleichzeitige Expression beider Moleküle im Hippocampus und Frontalen Kortex nachgewiesen werden, resultierend in einer Implikation der Interaktion zwischen der miRNA und deren möglichen Bindepartner in vivo. Zusammengefasst ist diese Studie durch die Kombination unvoreingenommener genomweiter Screenings, den in silico-Vorhersagen, den funktionellen in vitro-Assays und den Genexpressionsprofilen in der Lage die miRNA-138 als potenziellen molekularen Regulator der menschlichen Gedächtnisfunktionen zu identifizieren.
Genetic factors determine a substantial proportion of cognitive functions in humans, including processes related to episodic and working memory. While genetic association studies have proposed a number of candidate "memory genes" these currently explain only a minor fraction of the phenotypic variance. This work is part of an ongoing genome-wide association study (GWAS) in participants of the Berlin Aging Study II (BASE-II), a project aimed at deciphering factors related to "healthy" and "unhealthy" aging. Specifically, we performed genome-wide screening on 13 episodic and working memory traits in 1,318 BASE-II participants aged 60 years or older. These analyses highlighted a number of novel single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with memory performance, including one genome-wide significant marker (rs9882688, P-value = 7.8x10-9) located in a putative regulatory region of micro-RNA (miRNA) hsa-mir-138-1. Expression quantitative trait locus (eQTL) analyses on next-generation RNA-sequencing data revealed that genotypes at this SNP show a significant correlation with the expression levels of this miRNA in 309 human lymphoblastoid cell lines (P-value = 5x10-4). In silico modeling of other top- ranking GWAS signals pinpointed an additional memory-associated SNP in the 3' untranslated region (3'UTR) of DCP1B predicted to interfere with hsa- mir-138-5p (i.e. the mature form of hsamir-138-1) binding. These in silico predictions were confirmed in vitro by luciferase assays showing differential binding of this miRNA to 3'UTR reporter constructs in two human cell lines (HEK293: P-value = 0.0470; SH-SY5Y: P-value = 0.0866). Finally, expression profiling of hsa-mir-138-5p and DCP1B mRNA in human post-mortem brain tissue revealed that both molecules are expressed simultaneously in frontal cortex as well as hippocampus, suggesting that the proposed interaction between hsa- mir-138-5p and DCP1B may also take place in vivo. In summary, by combining unbiased genome-wide screening with extensive in silico modeling, in vitro functional assays, and gene expression profiling our study identified miRNA-138 as a potential molecular regulator of human memory function.
