Funktionelle Analyse von miR-1/206/133 in der Skelettmuskulatur von Mus musculus

Abstract

Die Kontrolle von Genaktivität erfolgt auf transkriptioneller, epigenetischer, sowie auf posttranskriptioneller Ebene. Eine signifikante Rolle im komplexen Netzwerk der Genregulation spielen kleine nicht-kodierende RNA-Moleküle. MicroRNAs (miRs) regulieren die Genexpression negativ durch komplementäre Basenpaarung mit der mRNA ihrer Zielgene. Die miR-1/206/133 Familie ist in drei genomischen Clustern organisiert. Zwei miR-1/133a Cluster sind abundant in der Herz- und Skelettmuskulatur exprimiert. Das dritte Cluster – miR-206/133b – wird dagegen spezifisch im Skelettmuskel gebildet. Sein konstitutiver Verlust zeigt keinen Effekt in Hinblick auf die Vitalität der Tiere, sowie auf die Entwicklung und Regeneration des Skelettmuskels2. Die beiden miR-1/133a Cluster regulieren im embryonalen Herzen die Differenzierung von Kardiomyozyten durch Inhibition von typischen Genen der glatten Muskulatur3. Im adulten Skelettmuskel führt der Verlust dieser Cluster zu einer mitochondrialen Dysfunktion4. Außerdem konnte nach miR-1/133a Deletion eine verstärkte Expression des eng verwandten miR-206/133b Clusters nachgewiesen werden, was eine Kompensation des Verlusts von miR-1/133a durch miR-206/133b nahelegt. Diese Arbeit adressiert die synergistische Funktion aller im Skelettmuskel von Säugern exprimierten miRNAs der miR-1/206/133 Familie sowohl während der Ontogenese, als auch im adulten Muskel. Der skelettmuskelspezifische Verlust aller Cluster (tKO) ist aufgrund verminderter Respiration neonatal letal. Die Analyse dieses Phänotyps identifizierte eine Beeinträchtigung der Entwicklung der neuromuskulären Synapse (NMJ) als Ursache. Dies äußert sich in einer gestörten räumlichen Organisation sowie in einer Reduktion der Zahl der postsynaptischen Acetylcholinrezeptor (AChR) Cluster. Die generelle Entwicklung der Skelettmuskulatur scheint dagegen nicht beeinflusst. Mittels Transkriptomanalyse wurden durch miR-1/206/133 regulierte Zielgene identifiziert. Hierbei wurde das NMJ-assoziierte Adapterprotein CRK als funktionell bedeutsames Ziel von miR-1/206/133 identifiziert. Weitere Analysen zeigten, dass die posttranskriptionelle Regulation von CRK, vermittelt durch eine synergistische Wirkung von miR-1/206/133, ein essentieller Prozess während der NMJ-Bildung und Homöostase ist. Protein-Protein-Interaktionsstudien suggerieren, dass CRK downstream des neuromuskulären LRP4-MUSK-DOK7 Komplexes mit dem postsynaptischen RAC1-GEF FARP1 interagiert. Dabei führt eine erhöhte CRK Menge zu einer Zunahme dieser Interaktion und resultiert in einer irregulären RAC1 GTPase Aktivität, die sich in einer gestörten AChR Cluster Ausbildung und Homöostase manifestiert. Zusammenfassend konnte erstmalig gezeigt werden, dass miR-1/206/133 nicht essentiell für die frühe Muskeldifferenzierung sind. Die miR-1/206/133 Familie ist hingegen ein kritischer Regulator der DOK7-CRK-RAC1 Signalkaskade und somit essentiell zur AChR-Stabilisierung und Verankerung im neonatalen und adulten Skelettmuskel.