Die chronische Herzinsuffizienz stellt nach wie vor eine der häufigsten Todesursachen weltweit dar. Trotz intensiver Forschung ist es bisher nicht möglich die pathophysiologischen Prozesse aufzuhalten. Es wird nach neuen Strategien gesucht, hier therapeutisch eingreifen zu können. Kleine nicht-kodierende RNAs, sogenannte microRNAs (miRNAs), wurden als wichtige Faktoren bei verschiedenen Herzkrankheiten beschrieben. Die Mehrzahl der bisherigen Studien fokussierte sich dabei auf die am stärksten deregulierten miRNAs im erkrankten Herz. In einer automatisierten Analyse im 96 Well-Format untersuchten wir 230 miRNAs auf ihr Potential, in das Größenwachstum von primären Kardiomyozyten einzugreifen. Aus den miRNAs mit den größten Effekten selektierten wir diejenigen, die eine hohe endogene Expression aufwiesen, und unterzogen sie einem Validierungsprozess. Hier konnten wir die Effekte aller pro- (miR-22, miR-30c, miR-30d, miR-212, miR-365) und anti-hypertrophen (miR-27a, miR-27b, miR-133a) miRNAs bestätigen. Die Mehrzahl dieser miRNAs wurde hiermit erstmalig beschrieben, dass sie eine wichtige Rolle beim Größenwachstum von Kardiomyozyten spielen. Sie wären daher interessante Kandidaten für detaillierte funktionelle Studien mit dem Ziel ihr therapeutisches Potential zu evaluieren. In einem früheren genetischen Screen zur Identifizierung von kardialen, sezernierten Faktoren wurde der Protease Inhibitor 16 (PI16) entdeckt, der sich im insuffizienten Herz durch eine starke Akkumulation auszeichnet. Gegenstand des zweiten Teils dieser Arbeit war es, eine Mauslinie zu generieren, in der PI16 global oder konditionell mit Hilfe des Cre/LoxP-Systems ausgeschaltet werden kann. Nach Elektroporation des Pi16floxneo Targeting Vektors in embryonale Stammzellen und Blastozysteninjektion erhielten wir eine Mauslinie, die Träger der zielgerichteten Modifikation des Pi16 Allels war. Mit der globalen genetischen Deletion des LoxP-flankierten Abschnitts von Exon 3 bis 4 konnten wir die Expression des Pi16 Gens komplett unterbinden. Die PI16 Defizienz führte weder im Herz noch in anderen Organen per se zu pathologischen Veränderungen. Zudem war unbekannt, dass PI16 in der gesunden Maus in der kardialen Fibroblastenfraktion enthalten sowie in den Zilien der Epididymis und der Trachea und im Lumen der Schilddrüse lokalisiert ist. Im insuffizienten Herz bestätigten wir eine Akkumulation von PI16, die sich vor allem auf die fibrotischen Bereiche beschränkte. Das lässt Grund zur Annahme, dass die kardiale Funktion von PI16 erst dann offensichtlich wird, wenn man die defizienten Mäuse zukünftig entsprechenden Stressmodellen aussetzt. Das wird zu einem umfassenden Verständnis der kardialen Funktion von PI16 und dessen Potential als therapeutisches Zielmolekül führen. / Chronic heart failure is one of the main causes of death worldwide. Although the pathophysiological processes have been intensely studied within the past they are still detrimental. New therapeutic interventions have to be identified to interfere with these processes. Small non-coding RNAs, so-called microRNAs (miRNAs), have been described to be important factors in several cardiac diseases. The majority of these studies focussed on miRNAs that are deregulated under disease conditions. In an unbiased screening approach we investigated 230 miRNAs for their potential to either promote or inhibit hypertrophy of primary cardiomyocytes. Using an automated system and a 96 well format we identified several miRNAs with strong effects on hypertrophic growth. From these we selected five pro- (miR-22, miR-30c, miR-30d, miR-212, miR-365) and three anti-hypertrophic (miR-27a, miR-27b, miR-133a) miRNAs for validation experiments, all of which displayed strong expression. All of these selected miRNAs could be confirmed in independent validation experiments with the majority not yet been described to be involved in cardiomyocyte hypertrophy. Detailed analysis of these candidate miRNAs will provide insights into the understanding of cardiac hypertrophy and their therapeutic potential for treatment of cardiac disease. In a previous study that used a genetic yeast screen to identify cardiac secreted factors we had identified Protease Inhibitor 16 (PI16) that is strongly accumulating in failing myocardium. In the second part of this work we generated a mouse line where PI16 expression can be deleted globally or conditionally using the Cre/LoxP recombination system. After electroporation of the Pi16floxneo targeting vector in embryonic stem cells and successful injection into murine blastocysts we gained a mouse line that carried the targeted modification of the Pi16 allele. Upon global deletion of the floxed region from Exon 3 to 4 we could completely delete PI16 expression. PI16 deficiency per se led to a phenoytpe neither in the heart nor in other organs of these mice. Furthermore it was unknown that PI16 localizes to cardiac fibroblasts, the cilia of the epididymis and trachea as well as to the lumen of the thyroid gland in healthy tissue. In the failing heart we could confirm accumulation of PI16 preferentially in fibrotic areas. Therefore we assume that PI16s function could only become obvious as soon as one applies respective cardiac stress models. Applying such models will contribute to a broader understanding of the function of PI16 and its potential as a therapeutic target molecule.

Das Prostatakarzinom (PCa) ist weltweit das häufigste Malignom des Mannes mit weiter steigenden Inzidenz. Leider ist es bisher mit den gebräuchlichen Prognosefaktoren nicht möglich, diesen klinisch sehr heterogenen Tumor vor einer chirurgischen Therapie hinsichtlich des postoperativen Rezidivrisikos zu charakterisieren. Die Einführung neuer, hochsensitiver Biomarker, die diese Aufgabe zuverlässig erfüllen können, stellt vor allem für die Entwicklung individualisierter Therapieregimes von Patienten mit einem high-risk-PCa eine aktuelle Herausforderung dar. MicroRNAs rückten in den letzten Jahren als potentielle Biomarker zunehmend in den wissenschaftlichen Fokus. Sie stellen kleine RNA-Moleküle dar, welche posttranskriptionell die Genexpression in Organismen steuern und auch in der Regulation von Tumorsuppressoren und Onkogenen eine Rolle spielen. Differentielle Expressionslevels verschiedener RNAs wurden in sehr vielen Tumorentitäten, wie auch dem PCa beobachtet. Vorarbeiten aus unserem Labor zeigten, dass zwei microRNAs, miR-205 und miR-221, im PCa sehr stark unterexprimiert werden. Im Falle von mir-221 konnte zudem bereits eine Korrelation mit dem klinischen Verlauf und der Prognose des high-risk-PCa dargestellt werden. Aufbauend auf diesen Vorarbeiten sollte in einem Teilprojekt der vorliegenden Arbeit die tumorsuppressive Funktion von miR-221 im PCa untersucht werden. Mittels transienter Überexpression von miR-221 in PCa-Zelllinien konnte die Bedeutung von miR-221 als Regulator der Proliferation in PCa-Zellen beschrieben werden. Um die molekulare Wirkweise von miR-221 weiter darzustellen, wurde die posttranskriptionelle Inhibierung von p27kip1 und c-kit, zwei bekannten miR-221-Zielgenen, untersucht. In sogenannten Luciferase-Assays konnte eine direkte Interaktion von miR-221 mit definierten Sequenzen im 3‘-untranslatierten Bereich (=3‘UTR) beider Gene nachgewiesen werden. Erwartungsgemäß wurde aber in primären PCa-Tumoren, die anders wie viele andere Tumorentitäten eine reduzierte miR-221-Expression aufwiesen, keine Überexpression des potentiellen Tumorsuppressors p27kip1 beobachtet. Somit ist nachgewiesen, dass miR-221 zwar prinzipiell den Tumorsuppressor p27kip1 regulieren kann, dass allerdings dieser Mechanismus in primären PCa für die Regulation des Tumorsuppressors p27kip1 keine übergeordnete Rolle spielt. Anders verhält es sich bei dem potentiellen Onkogen c-kit. Die von mir druchgeführten Untersuchungen können erstmals eine direkte Interaktion von c-kit und miR-221 in PCa-Zellen nachweisen. Somit kann die beschriebene Proliferations-inhibierung und Apoptoseinduktion nach ektopischer miR-221-Überexpression im Zellmodell mit einer miR-221-vermittelten c-kit-Inhibierung in Zusammenhang gebracht werden. Dieses Ergebnis wird durch den Nachweise einer inversen Assoziation der mir-221- und ckit-Expression in primären PCa-Fällen untermauert (nicht gezeigte Ergebnisse). Betrachtet man diese Ergebnisse in Zusammenhang mit der bekannten tumor-progressiven Funktionen von c-kit, könnte durch die fehlende/reduzierte miR-221-Inhibierung der c-kit-Translation die Entstehung und Progression vieler PCas erklärt werden. In einem zweiten Projektansatz wurde die Bedeutung und Funktion von miR-205 als möglicher Tumorsuppressor im PCa untersucht. Dabei kann gezeigt werden, dass mir-205 ebenfalls in der Lage ist, nach transienter Überexpression die Proliferation von PCa-Zellen zu inhibieren. Um molekulare Mechanismen und Wirkweisen von mir-205 zu untersuchen, wurden im Zellmodell die Expression der Onkogene HER2/neu und HER3, beides vorausgesagte miR-205-Zielgene, analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass in PCa-Zellen die Unterexpression von HER3 und HER/neu mit der ektopischen Überexpression von miR-205 assoziiert ist. Die HER2/neu-Expression konnte zusätzlich auch im primären Tumor mit der miR-205-Expression invers assoziiert werden, wodurch die Regulation dieses Zielgens auf nativer Ebene verifiziert wurde. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit konzentrierte sich auf die Fragestellung, ob sich miR-205 als Prognosemarker im high-risk-PCa eignen könnte. Hierzu wurden in einem etablierten high-risk-PCa-Studienkollektiv die Expression von mir-205 analysiert und anschließend Korrelations- und Überlebensanalysen durchgeführt. Es konnte statistisch keine Assoziation zwischen der miR-205-Expression und verschiedenen Prognoseparametern, die in der Klinik präoperativ prognostische Vorraussagekraft besitzen, hergestellt werden. Allerdings fiel auf, dass Karzinome, die miR-205 relativ schwach herabregulierten, ein signifikant schlechteres prognostisches Outcome und Überlebensnachteile zeigten, im Vergleich zu Tumoren, die eine starke miR-205-Regulation aufweisen. Somit konnten im Hochrisikokollektiv mit Hilfe der miR-205-Expressionsanalyse Karzinome identifiziert werden, die ein erhöhtes Rezidivrisiko aufweisen. Die hier vorgelegten Untersuchungen stellen also erste Hinweise dar, dass miR-205 als unabhängiger prognostischer Marker im PCa Verwendung finden könnte. Zusammenfassend kann in der vorgelegten Arbeit gezeigt werden, dass die microRNAs miR-205 und miR-221 zwei tumorsuppressive RNAs im PCa darstellen. Eine mögliche zukünftige Implementation der Expressionsanalysen von miR-221 und/oder miR-205 als Progressionsmarker stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, in Zukunft die Prognose und vielleicht auch die Therapie des PCa zu verbessern. / Analysis of expression and functional studys of miR-205 and miR-221 in high-risk prostate cancer with special attention to miR-205 as a prognostic marker in the high-risk patient

For the differentiation of a embryonic stem cells (ESCs) to neuronal cells (NCs) a complex and coordinated gene regulation program is needed. One important control element for neuronal differentiation is the repressor element 1 silencing transcription factor (REST) complex, which represses neuronal gene expression in non-neuronal cells. Crucial effector proteins of the REST complex are small phosphatases such as the CTDSPs (C-terminal domain small phosphatases) that regulate polymerase II activity by dephosphorylating the C-terminal domain of the polymerase, thereby repressing target genes. The stepwise inactivation of REST, including the CTDSPs, leads to the induction of a neuron-specific gene program, which ultimately induces the formation of neurons. The spatio-temporal control of REST and its effector components is therefore a crucial step for neurogenesis. In zebrafish it was shown that the REST-associated CTDSP2 is negatively regulated by the micro RNA (miR) -26b. Interestingly, the miR-26b is encoded in an intron of the primary transcript of CTDSP2. This gives the fundament of an intrinsic regulatory negative feedback loop, which is essential for the proceeding of neurogenesis. This feedback loop is active during neurogenesis, but inactive in non-neuronal cells. The reason for this is that the maturation of the precursor miR (pre-miR) to the mature miR-26 is arrested in non neuronal cells, but not in neurons. As only mature miRs are actively repressing genes, the regulation of miR-26 processing is an essential step in neurogenesis. In this study, the molecular basis of miR-26 processing regulation in the context of neurogenesis was addressed. The mature miR is processed from two larger precursors: First the primary transcript is cleaved by the enzyme DROSHA in the nucleus to form the pre-miR. The pre-miR is exported from the nucleus and processed further through the enzyme DICER to yield the mature miR. The mature miR can regulate gene expression in association with the RNA-induced silencing complex (RISC). Multiple different scenarios in which miR processing was regulated were proposed and experimentally tested. Microinjection studies using Xenopus leavis oocytes showed that slowdown or blockage of the nucleo-cytoplasmic transport are not the reason for delayed pre-miR-26 processing. Moreover, in vitro and in vivo miR-processing assays showed that maturation is most likely regulated through a in trans acting factor, which blocks processing in non neuronal cells. Through RNA affinity chromatographic assays using zebrafish and murine lysates I was able to isolate and identify proteins that interact specifically with pre-miR-26 and could by this influence its biogenesis. Potential candidates are FMRP/FXR1/2, ZNF346 and Eral1, whose functional characterisation in the context of miR-biogenesis could now be addressed. The second part of my thesis was executed in close colaboration with the laboratory of Prof. Albrecht Müller. The principal question was addressed how miR-26 influences neuronal gene expression and which genes are primarily affected. This research question could be addressed by using a cell culture model system, which mimics ex vivo the differentiation of ESCs to NCs via neuronal progenitor. For the functional analysis of miR-26 knock out cell lines were generated by the CRISPR/Cas9 technology. miR-26 deficient ESC keep their pluripotent state and are able to develop NPC, but show major impairment in differentiating to NCs. Through RNA deep sequencing the miR-26 induced transcriptome differences could be analysed. On the level of mRNAs it could be shown, that the expression of neuronal gene is downregulated in miR-26 deficient NCs. Interestingly, the deletion of miR-26 leads to selectively decreased levels of miRs, which on one hand regulate the REST complex and on the other hand are under transcriptional control by REST themself. This data and the discovery that induction of miR-26 leads to enrichment of other REST regulating miRs indicates that miR-26 initiates neurogenesis through stepwise inactivation of the REST complex. / Für die Differenzierung von embryonalen Stammzellen (ESCs) zu Neuronen (NCs) bedarf es eines komplexen Genregulationsprogramms, welches sowohl zeitlich als auch räumlich reguliert werden muss. Ein wichtiger Faktor während der neuronalen Differenzierung ist der sogenannte „repressor element 1 silencing transcription factor“ (REST)-Komplex, welcher die Expression neuronaler Gene in nicht neuralen Zellen unterdrückt. Wichtige Effektorproteine im REST-Komplex sind kleine Phosphatasen (sog. CTDSPs), welche durch die Dephosphorylierung der C-terminalen Domäne der RNA-Polymerase II deren Aktivität an Zielgenen reprimiert. Die schrittweise Inaktivierung von REST, einschließlich der CTDSPs, führt hingegen zur Einleitung des neuronalen Genprogramms und damit zur Entwicklung von neuronalen Zellen. Die zeitliche Regulierung des REST-Komplexes und seiner assoziierten Effektor-Komponenten ist daher auf molekularer Ebene das entscheidende Ereignis in der Neurogenese. Studien in Zebrafisch haben gezeigt, dass die REST-assoziierte Phosphatase CTDSP2 von der micro-RNA (miR) -26b negativ reguliert wird, was zu einer reduzierten REST Aktivität führt. Interessanterweise liegt diese miR in einem Intron von CTDSP2, also dem Gen, welches sie selbst repremiert. Diese Konstellation stellt die Basis für eine intrinsische negative Rückkopplungsschleife dar und ist essentiell für das Voranschreiten der Neurogenese. Diese Schleife ist aktiv während der Neurogenese, jedoch inaktiv in neuronalen Stammzellen. Der Grund hierfür ist, dass die Reifung der miR-26b auf der Stufe der Prozessierung des miR-Vorläufers (pre-miR) zur reifen miR in Stammzellen, nicht aber in Neuronen, angehalten ist. Da nur reife miR funktionell aktiv sein können, ist die Regulation der miR-26 Reifung ein essentieller Schritt im Rahmen der Neurogenese. In dieser Dissertation sollte der Frage nach der molekularen Basis der regulierten Prozessierung der miR-26 im Rahmen der Neurogenese nachgegangen werden. Die Prozessierung von miR erfolgt über zwei Intermediate: Zunächst wird aus dem primären Transkript im Zellkern die pre-miR durch das Enzym DROSHA gebildet. Diese wird dann aus dem Kern exportiert und durch das Enzym DICER zur reifen miR weiterverarbeitet, die im Kontext des „RNA-Induced Silencing Complex“ (RISC) die post-transkriptionale Genexpression reguliert. Mirkoinjektionsstudien an Xenopus leavis Oocyten zeigten, dass eine Verlangsamung bzw. Blockade des nukleo-zytoplasmatischen Transports nicht Ursache für die verzögerte Prozessierung der pre-miR-26 sein kann. Stattdessen haben in vitro und in vivo Prozessierungsexperimente gezeigt, dass die Reifung der miR-26 sehr wahrscheinlich durch einen in trans agierenden Faktor gesteuert wird, der die Prozessierung in nicht-neuronalen Zellen blockiert. Durch RNA affinitätschromatographische Versuche gelang es, Proteine aus Maus- und Zebrafischlysaten zu isolieren und diese zu identifizieren, die spezifisch mit der pre-miR-26b interagieren und deren Biogenese beeinflussen könnten. Vielversprechende Kandidaten sind die Proteine FMRP/FXR1/2, ZNF346 und Eral1, deren funktionelle Charakterisierung im Kontext der miR-Biogenese nun möglich ist. In einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Albrecht Müller wurde im zweiten Teil der Arbeit der prinzipiellen Frage nachgegangen, wie die miR-26 die neuronale Genexpression steuert und welche Gene hiervon primär betroffen sind. Diese Untersuchungen wurden durch die Etablierung eines Zellkultur-Protokolls ermöglicht, welches ex vivo die Differenzierung von ESC über neuronal Vorläufer Zellen (NPC) zu NCs erlaubte und so eine systematische Analyse dieses Prozess erlaubte. Für die Funktionsanalyse von miR-26 wurden über die CRISPR/Cas9 Technologie Zelllinien hergestellt, welche keine miR-26 mehr im Genom haben. miR-26 defiziente ESCs behalten ihren pluripotenten Status und ließen sich zu NPCs entwickeln. Die Weiterentwicklung von NPCs zu NCs war hingegen massiv eingeschränkt. Durch RNA Hochdurchsatzsequenzierung gelang es die miR-26 induzierten Genexpressionsunterschiede geanu zu identifizieren. Auf der Ebene der mRNA konnte gezeigt werden, dass die Expression von neuronalen Genen in miR-26 defizienten NCs herunterreguliert ist und dass unter diesen Bedingungen offensichtlich kein anderer Differenzierungsweg eingeschlagen werden konnte. Interessanterweise führte die Deletion von miR-26 zu einer selektiven Verminderung von miRs, die einerseits den REST Komplex regulieren, andererseits aber auch unter dessen transkriptionaler Kontrolle stehen. Diese Daten und die Entdeckung, dass die Induktion von miR-26 zur Anreicherung anderer REST regulierender miRs führt, lässt vermuten, dass miR-26 die Neurogenese durch die schrittweise Inaktivierung des REST Komplexe initiiert.

Das Urothelkarzinom ist das zweithäufigste urologische Malignom mit weltweit steigender Inzidenz. Nach initial kurativ intendierter transurethraler Resektion des Tumors zeigt bislang immer noch jeder vierte Patient einen Progress im Verlauf mit einem erhöhten Risiko einer Metastasierung, ohne dass hierfür verlässliche prognostische Marker zur Verfügung stehen. Mithilfe eines solchen (Bio)markers könnte beim Urothelkarzinom eine frühzeitige Diagnostik von Hochrisikokarzinomen ermöglicht, die Therapieplanung verbessert und somit das Risiko einer Metastasierung und erhöhten Mortalität gesenkt werden. Als mögliche Biomarker rücken micro-RNAs über ihre posttranskriptionelle Regulierung in den Fokus onkologischer Forschung. Mithilfe einer Datenbankrecherche wurden 7 verschiedene micro-RNAs (miR-9, -21, -29c, -145, -200c, -205, -221) selektioniert, welchen bereits in unterschiedlichen Malignomen eine Rolle in der Karzinogenese nachgewiesen werden konnte. Ein Einfluss dieser miRs im Urothelkarzinom war bislang noch nicht suffizient beschrieben, sodass anhand einer Expressionsanalyse in der vorliegenden Arbeit ein Biomarker für einen Progress untersucht werden sollte. Hierfür wurde ein archiviertes Gewebekollektiv, bestehend aus NMIBC, MIBC und benignem Referenzmaterial verwendet und die mittels RT-PCR ermittelte miR-Expression mit klinischen Parametern sowie Follow-up-Daten korreliert. Letztlich konnte für unterschiedliche micro-RNAs ein Einfluss auf das Urothelkarzinom im untersuchten Kollektiv nachgewiesen werden und somit deren Bedeutung als Onko-miRs im Urothelkarzinom gestärkt werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden die NMIBC retrospektiv anhand der Follow-up-Daten in zwei prognostisch unterschiedliche Subgruppen unterteilt und die Expressionsdaten miteinander verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl miR-29c als auch miR-145 in prognostisch ungünstigeren NMIBC mit einem muskelinvasiven Rezidiv im Verlauf eine signifikant niedrigere Expression im untersuchten Kollektiv aufwiesen. Anhand eines in der Regressionsanalyse ermittelten Schwellenwertes konnte in der Kaplan-Meier-Analyse sowohl ein erhöhtes progressionsfreies Überleben als auch eine niedrigere tumorassoziierte Mortalität in den NMIBC mit einer miR-Expression unterhalb des ermittelten Schwellenwertes gezeigt werden. Somit wurde im untersuchten Kollektiv ein Marker ermittelt, welcher anhand der miR-29c und -145-Expression eine Unterteilung in prognostisch günstige und ungünstige Gruppen ermöglicht. In einem zweiten unabhängigen Validierungskollektiv wurden miR-29c und -145 auf ihre zuvor erhobene prognostische Aussagekraft untersucht. Hierbei konnte miR-145 als prognoserelevanter Biomarker nicht validiert werden. Für miR-29c konnte hingegen erneut eine niedrige Expression mit einer schlechteren klinischen Prognose assoziiert werden. Zudem konnte der zuvor ermittelte Schwellenwert auch in dem zweiten Kollektiv und miR-29c somit als Prognosemarker in den untersuchten Kollektiven validiert werden. In der Zellkultur konnte die tumorsuppressive Funktion der miR-29c weiter bestätigt werden. So zeigte sich in ektopisch miR-29c-überexprimierten Urothelkarzinomzellen eine signifikant niedrigere Proliferations- und Migrationsrate. Um die posttranskriptionelle Funktion der tumorsuppressiven miR-29c weiter abzuklären, konnte LOXL2 als ein solides Zielgen der miR-29c mittels RT-PCR-Analysen identifiziert werden. Anhand dieser Ergebnisse konnten vor allem miR-29c tumorsuppressive Eigenschaften im Urothelkarzinom zugeschrieben werden. Im untersuchten Gewebekollektiv stellt die miR-29c einen relevanten Progressionsmarker dar, welcher im Rahmen prospektiver Studien weiter validiert werden könnte. Eine Implementierung der miR-29c-Expressionsanalyse in die Diagnostik der NMIBC ist somit insgesamt ein vielversprechender Ansatz um eine rasche Diagnose von Hochrisikokarzinomen zu stellen und folglich einer frühzeitigen Therapie zugänglich zu machen. / The treatment of the muscle invasive bladder cancer (MIBC) presents due to the relatively high risk of metastatic lesions a huge challenge for the uro-oncologic environment. The early diagnosis of high-risk NMIBC (non muscle invasive bladder cancer) would allow an operative treatment before a progression to MIBC and therefore a metastasis formation occurs. A reliable prognostic marker, however, is yet to be found. In this study we investigated the role of micro-RNAs (miRs) as potential prognostic markers in transitional cell carcinoma (TCC). MiRs are small non-coding RNAs in the UTR that are able to take part in gene regulation and thus have a tumorsuppressive or oncogenic function itself. We investigated the expression of 7 different miRs (miR-9, -21, -29c, -145, -200c, -205 and -221) in tumor samples and found four miRs to be siginificantly regulated in NMIBC compared to MIBC. A high miR-29c and -145 expression was associated with a higher PFS and OS. In a second independent collective we were able to validate the results for miR-29c predicting progression in the NMIBC samples. We then focused on the in vitro analysis using urothelial carcinoma cell lines. Overexpression of miR-29c significantly inhibited TCC cell proliferation and migration in J82 cell line. As possible target LOXL2 was shown to be regulated in miR-29c overexpressed cells. Our findings indicate that miR-29c might be a new biomarker predicting progression in bladder cancer.

Cardiovascular disease is the most common mortality risk in the industrialized world. Myocardial infarction (MI) results in the irreversible loss of cardiac muscle, triggering pathophysiological remodelling of the ventricle and development of heart failure. Insufficient myocardial capillary density within the surviving myocardium after MI has been identified as a critical event in this process, although the underlying molecular signalling pathways of cardiac angiogenesis are mechanistically not well understood. The discovery of microRNAs (miRNAs, miRs), small non-coding RNAs with 19-25 nucleotides in length, has introduced a new level of the regulation of cardiac signalling pathways. MiRNAs regulate gene expression post-transcriptionally by binding to their complementary target messenger RNAs (mRNAs) and represent promising therapeutic targets for gene therapy. Here, it is shown that cardiac miR-24 is primarily expressed in cardiac endothelial cells and upregulated following MI in mice and hypoxic conditions in vitro. Enhanced miR-24 expression induces endothelial cell apoptosis and impairs endothelial capillary network formation. These effects on endothelial cell biology are at least in part mediated through targeting of transcription factor GATA2, histone deacetylase H2A.X, p21-activated kinase PAK4 and Ras p21 protein activator RASA1. Mechanistically, target repression abolishes respective and secondary downstream signalling cascades. Here it is shown that endothelial GATA2 is an important mediator of cell cycle, apoptosis and angiogenesis at least in part by regulation of cytoprotective heme oxygenase 1 (HMOX1). Moreover, additional control of endothelial apoptosis is achieved by the direct miR-24 target PAK4. Its kinase function is essential for anti-apoptotic Bad phosphorylation in endothelial cells. In a mouse model of MI, blocking of endothelial miR-24 by systemic administration of a specific antagonist (antagomir) enhances capillary density in the infarcted heart and preserves cardiac function. The current findings indicate miR-24 to act as a critical regulator of endothelial cell apoptosis and angiogenesis. Modulation of miR-24 may be potentially a suitable strategy for therapeutic intervention in the setting of ischemic heart diseases. / Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in der industrialisierten Welt. Nach Myokardinfarkt (MI) kommt es zum Verlust kardialen Gewebes und zu pathologischen Umbauprozessen im Herzen, die oftmals in einer Herzinsuffizienz münden. Dabei spielt eine insuffiziente Gefäßversorgung im überlebenden Myokard eine wichtige Rolle. Zugrunde liegende molekulare Mechanismen oder gentherapeutische Strategien zur Verbesserung der Angiogenese nach MI sind jedoch nur unzureichend verstanden und etabliert. Die Entdeckung sogenannter microRNAs (miRNAs, miRs), kleiner nicht-kodierender RNAs mit einer Länge von 19-25 Nukleotiden, zeigt eine neue Ebene der Komplexität bei der Regulation kardiovaskulärer Signalwege auf. So regulieren miRNAs die Genexpression posttranskriptional durch inhibitorische Bindung an komplementäre messenger RNAs. Die Modulation von miRNAs und damit nachfolgenden Gen-Netzwerken könnte daher ein wichtiger Baustein bei der Entwicklung neuer Therapiestrategien in der kardiovaskulären Medizin werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass kardiale miR-24 überwiegend in kardialen Endothelzellen exprimiert ist und nach Myokardinfarkt im Mausmodell sowie nach Hypoxie in vitro hochreguliert wird. Die verstärkte miR-24-Expression induziert endotheliale Apoptose und vermindert die Kapillarbildungsfähigkeit endothelialer Zellen in einem Angiogeneseassay. Diese funktionalen Defekte werden über die Repression des Transkriptionsfaktors GATA2, der Histon-Deacetylase H2A.X, der p21-aktivierten Kinase PAK4 und dem p21 Protein-Aktivator RASA1 vermittelt. GATA2 wird in dieser Arbeit als wichtiger Faktor für die Zellzykluskontrolle, Apoptose und Angiogenese beschrieben, wobei die Regulation direkter Effektoren wie Hämoxygenase 1 (HMOX1) essentiell ist. Weiterhin wird über die miR-24-abhängige Modulation von PAK4 endotheliale Apoptose kontrolliert. PAK4 weist eine anti-apoptotische Funktion auf, indem es zu einer Phosphorylierung des Proteins Bad führt. Die spezifische Repression endogener miR-24 durch einen Antagonisten (Antagomir) in einem murinen MI-Modell erhöht die Kapillardichte im infarzierten Gewebe und verbessert die kardiale Funktion. Zusammenfassend zeigen die Erkenntnisse dieser Arbeit eine wichtige Funktion für miR-24 bei der Regulation endothelialer Apoptose und Angiogenese. Die Modulation von miR-24 könnte ein interessantes neues therapeutisches Konzept zur Verbesserung der Angiogenese nach MI darstellen.

Der klinische Verlauf von Prostatakarzinom(PCa)-Erkrankungen ist extrem unterschiedlich und lässt sich mit den bisher üblichen Verfahren wie der feingeweblichen Beurteilung der Prostatastanzbiopsie bzw. des OP-Präparates und der PSA-Wert-Bestimmung nur unzureichend vorhersagen. Für eine bessere Versorgung von PCa-Patienten sind deshalb neuartige Marker notwendig, die das individuelle Progressions-Risiko bestimmen. Ein hoffnungsvoller Ansatz sind miRNA-Vertreter als Prognose-Parameter. Besonders interessant in dieser Hinsicht ist miR-221, die im PCa-Gewebe signifikant niedriger exprimiert wird. Jedoch existieren für diese in den meisten Neoplasien als Onkogen betrachtete miRNA kaum Erklärungsansätze für eine tumorsuppressive Funktion im PCa. Die vorliegende Arbeit konnte mit Hilfe von Microarray-basierten Expressionsanalysen und deren bioinformatischer Auswertung sowie zell- und molekularbiologischen Experimenten erstmals zeigen, dass miR-221 das protektive Interferon-Signal in PCa-Zellen stärkt und auf diese Weise deren Proliferation hemmt. Daneben konnten zwei prominente Inhibitoren dieses Signals, IRF2 und SOCS3, als neue Zielgene von miR-221 in vitro nachgewiesen und eine Korrelation von miR-221 mit diesen Zielgenen auch in PCa-Nativmaterial identifiziert werden. Somit konnte erstmals ein Mechanismus der – vorher lediglich aufgrund der Herabregulation in PCa-Nativmaterial postulierten – tumorsuppressiven Funktion von miR-221 im Rahmen der PCa-Entstehung und -Progression dargestellt werden. Eine Aktivierung des JAK / STAT-vermittelten Interferon-Signals durch miR-221 erscheint auch in einem breiteren infektiologischen Kontext interessant – sind doch zahlreiche Virenarten wie das HI-Virus, Hepatitis- und Herpesviren in der Lage, die zelluläre miR-221-Expression zu vermindern und auf diese Weise wohl das antivirale Interferon-Signal zu umgehen. Die Erhöhung der zellulären miR-221-Spiegel könnte nach diesem Prinzip auch Interferon-basierte Therapie-Strategien unterstützen bzw. erst ermöglichen. Für das PCa müssen weitere experimentelle sowie klinisch-translationale Untersuchungen zeigen, ob miR-221 als Bestandteil einer Biomarker-Signatur dazu beiträgt, Patienten mit einem letalen PCa frühzeitig zu identifizieren und der dringend notwendigen Primärtherapie bzw. einer adjuvanten Behandlung zuzuführen. Im Gegenzug könnte zahlreichen Patienten, deren (hohe) miR-221-Expression im Tumorgewebe einen günstigeren Verlauf prognostiziert, die übermäßige Therapie erspart werden. / The clinical course of prostate cancer (PCa) is extremely heterogeneous and cannot be predicted sufficiently with usual procedures such as histological examination of prostate biopsies and surgical specimen or determination of PSA values. For a better treatment of PCa patients, novel markers are necessary which predict individual progression risk. MicroRNAs are promising biomarker candidates and miR-221 – which is significantly downregulated in prostate cancer tissue – seems especially interesting. However, as this specific microRNA plays an oncogenic role in various malignancies, no potential tumor suppressive functions are known. By using Microarray-based gene expression analysis, bioinformatical algorithms, cell culture and molecular biology techniques, this thesis could show that miR-221 strengthens interferon signaling in PCa cells thereby serving as a tumor suppressor. Moreover, two prominent inhibitors of this signal, IRF2 and SOCS3, were introduced as new miR-221 target genes in vitro and a negative correlation of these targets and miR-221 was shown for PCa specimen. Altogether, this is the first miR-221-mediated mechanism fitting in with the previously postulated tumor suppressor role of miR-221 in PCa. An activation of JAK / STAT-mediated interferon signaling by miR-221 also seems interesting from an infectious diseases perspective. Several viruses like HIV and members of the Hepatitis and Herpes family are able to lower the cellular miR-221 expression, thereby possibly weakening the antiviral interferon signal. For PCa, further experimental as well as clinical-translational approaches have to determine whether miR-221 could be a part of a clinically relevant biomarker signature. This could help to identify and subsequently treat patients with a high-risk PCa, whereas many patients – with a prognostically favorable high miR-221 expression in tumor tissue – could be spared an overtreatment.

Neuropathic pain, caused by neuronal damage, is a severely impairing mostly chronic condition. Its underlying molecular mechanisms have not yet been thoroughly understood in their variety. In this doctoral thesis, I investigated the role of microRNAs (miRNAs) in a murine model of peripheral neuropathic pain. MiRNAs are small, non-coding RNAs known to play a crucial role in post-transcriptional gene regulation, mainly in cell proliferation and differentiation. Initially, expression patterns in affected dorsal root ganglia (DRG) at different time points after setting a peripheral nerve lesion were studied. DRG showed an increasingly differential expression pattern over the course of one week. Interestingly, a similar effect, albeit to a smaller extent, was observed in corresponding contralateral ganglia. Five miRNA (miR-124, miR-137, miR-183, miR-27b, and miR-505) were further analysed. qPCR, in situ hybridization, and bioinformatical analysis point towards a role for miR-137 and -183 in neuropathic pain as both were downregulated. Furthermore, miR-137 is shown to be specific for non-peptidergic non-myelinated nociceptors (C fibres) in DRG. As the ganglia consist of highly heterocellular tissue, I also developed a neuron-specific approach. Primarily damaged neurons were separated from intact adjacent neurons using fluorescence-activated cell-sorting and their gene expression pattern was analysed using a microarray. Thereby, not only were information obtained about mRNA expression in both groups but, by bioinformatical tools, also inferences on miRNA involvement. The general expression pattern was consistent with previous findings. Still, several genes were found differentially expressed that had not been described in this context before. Among these are corticoliberin or cation-regulating proteins like Otopetrin1. Bioinformatical data conformed, in part, to results from whole DRG, e.g. they implied a down-regulation of miR-124, -137, and -183. However, these results were not significant. In summary, I found that a) miRNA expression in DRG is influenced by nerve lesions typical of neuropathic pain and that b) these changes develop simultaneously to over-expression of galanin, a marker for neuronal damage. Furthermore, several miRNAs (miR-183, -137) exhibit distinct expression patterns in whole-DRG as well as in neuron-specific approaches. Therefore, further investigation of their possible role in initiation and maintenance of neuropathic pain seems promising. Finally, the differential expression of genes like Corticoliberin or Otopetrin 1, previously not described in neuropathic pain, has already resulted in follow-up projects. / Neuropathischer Schmerz, d.h. Schmerz durch neuronale Schäden, ist eine stark beeinträchtigendes, oft chronisches Leiden. Die hierfür verantwortlichen molekularen Geschehen sind in ihrer Breite bislang nur unzureichend verstanden. In meiner Promotion habe ich die Rolle von microRNAs (miRNAs) in einem Mäusemodell des peripheren neuropathischen Schmerzes untersucht. MiRNAs sind kleine, nicht kodierende RNAs, die für posttranskriptionelle Genregulation, besonders Zellproliferation und –differenzierung verantwortlich sind. Im Experiment wurde zunächst ihre Expression in den Dorsalganglien geschädigter Nerven analysiert. Hier zeigte sich im Verlauf einer Woche ein zunehmend differentielles Expressionsmuster. Bemerkenswert war ein ähnlicher, wenn auch geringerer Effekt in kontralateralen Ganglien. In einem weiteren Schritt wurden fünf ausgewählte miRNAs (miR-124, miR-137, miR-183, miR-27b und miR-505) weiter analysiert. qPCR, In-situ-Hybridisierung und bioinformatische Untersuchungen deuteten auf Minderexpression von miR-137 und -183 bei neuropathischem Schmerz hin. Weiterhin stellte sich miR-137 als spezifisch für nicht-peptiderge nicht-myelinisierte Nozizeptoren in Dorsalganglien heraus. Da Dorsalganglien aus äußerst heterozellulärem Gewebe bestehen, entwickelte ich im Folgenden einen neuronenspezifischen Ansatz: Primär geschädigte sowie intakte benachbarte Neuronen wurden durch fluoreszenz¬aktivierte Zellsortierung (FACS) selektiert und ihre Genexpression jeweils in einem Microarray analysiert. Hierdurch konnten nicht nur direkte Informationen über mRNA-Expression in beiden Gruppen gewonnen, sondern durch bioinformatische Techniken auch Rückschlüsse auf miRNA-Expression gezogen werden. Das generelle Expressionsmuster entsprach der einschlägigen Literatur, allerdings zeigten sich auch bislang nicht beschriebene Veränderungen. Hierzu gehören Corticoliberin sowie Otopetrin1. Die bioinformatische Analyse bestätigte teilweise die Ergebnisse aus der ersten, ganglienweiten Untersuchung: Sie wiesen auf eine Minderexpression von miR-124, -137 und -183 hin, allerdings waren diese Ergebnisse nicht signifikant. Zusammengefasst zeigte sich, dass sich a) die Expression von miRNA in Dorsalganglien nach neuropathischen Läsionen ändert, und b) diese Veränderungen parallel zum neuropathischen Phänotyp entwickeln. Weiterhin wiesen mehrere miRNAs markante Expressionsmuster sowohl in ganglienweiten wie in neuronenspezifischen Untersuchugen auf. Daher scheint die weitere Untersuchung ihrer Rolle in Entwicklung und Aufrechterhaltung von neuropathischem Schmerz vielversprechend. Schließlich hat die Entdeckung von Expressionsveränderungen bei Genen wie Corticoliberin und Otopetrin1, bislang nicht im Zusammenhang mit neuropathischem Schmerz beschrieben, bereits zu Nachfolgeprojekten geführt.

Die Polyneuropathie (PNP) ist die häufigste Störung des peripheren Nervensystems bei Erwachsenen. Die Suche nach der Ursache bleibt in vielen Fällen erfolglos, ist aber unverzichtbar, da die Therapiewahl von der Ätiologie der Erkrankung abhängt. Geeignete Biomarker könnten die Differentialdiagnose unter Umständen erleichtern. microRNAs (miRNAs) sind in dieser Hinsicht vielversprechend, da in vielen Studien bei Nervende- und regenerationsprozessen sowie in neuropathischen Schmerzmodellen eine Dysregulation beschrieben wurde. In dieser Studie wurde die Expression zweier miRNAs, miR-103a und miR-let-7d, sowie eines Zielmoleküls der miR-103a, des Kalziumkanals Cav1,2, in einer großen Kohorte von PNP-Patienten unterschiedlicher Ätiologie in Blut, Haut- und Nervenbiopsien untersucht. Insgesamt wurden 116 Patienten und 22 Kontroll-probanden in die Studie eingeschlossen. Nach der Isolation von RNA aus weißen Blutzellen (WBC), Haut- und Nervenbiopsien folgte die Expressionsbestimmung mittels qRT-PCR. Während sich jeweils Unterschiede zwischen PNP-Patienten und Kontrollen und zwischen Patienten mit entzündlicher und solchen mit nicht-entzündlicher PNP zeigten, wurden keine Unterschiede in der Expression zwischen den ätiologischen Subgruppen oder zwischen Patienten mit schmerzhafter und schmerzloser PNP festgestellt. In den Nervenbiopsien der Patientenkohorte ergab sich eine inverse Korrelation der miR-103a und ihrem Zielgen Cacna1c, die darauf hinweisen könnte, dass Cacna1c von der miR-103a negativ reguliert wird. Da in unserer Patientenkohorte keine Unterschiede zwischen den PNP-Subgruppen auftraten, scheint der Einsatz der miR-103a und miR-let-7d als diagnostische Biomarker zur ätiologischen Einordnung einer PNP nicht gerechtfertigt. Dennoch deuten unsere Ergebnisse auf eine mögliche Rolle der untersuchten miRNAs bei Entstehung und Verlauf von PNP hin. Für ein tieferes pathophysiologisches Verständnis der miRNAs vor allem bei entzündlichen Neuropathien, könnte die Untersuchung von weiteren miRNAs und Zielgenen Aufschluss geben. / Polyneuropathies (PNP) are the most frequent disorder of the peripheral nervous system in adults. Since the choice of therapy depends on it, the etiological diagnostic is essential but often remains without results so far. The differential diagnosis could be facilitated by a suitable biomarker. In this respect, microRNA (miRNA) are promising because their dysregulation has been described in processes of nerve degeneration and regeneration as well as in neuropathic pain models. This study investigated the expression of two miRNA, miR-103a and miR-let-7d, and the calcium channel Cav1.2, a target of miR-103a, in a large cohort of PNP patients with different etiology in blood, skin and nerve samples. Altogether, 116 patients and 22 controls have been included in the study. Expressional analysis via qRT-PCR succeeded the isolation of RNA out of white blood cells (WBC), skin and nerve biopsies. Differences have been found between PNP patients and controls and between patients with inflammatory and non-inflammatory PNP. No differences have been recorded between the etiological subgroups or between painful and painless PNP. miR-103a and its target Cacna1c correlated inversely in nerve which could be an indication for Cacna1c being negatively regulated by miR-103a. miR-103a and miR-let-7d do not seem to be appropriate diagnostic biomarkers for the etiological classification of PNP as there have not been found any differences between the PNP subgroups. Nevertheless, our results suggest that miRNA may play a part in the development and the progression of PNP. The investigation of further miRNA and targets could provide insight into a deeper pathophysiological understanding of miRNA, especially in inflammatory neuropathies.

Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen Untersuchung der MicroRNA-Expression in klarzelligen Nierenzellkarzinomen. Dabei konnte gezeigt werden, dass Tumoren gegenüber normalem Nierengewebe über ein spezifisches Expressionsprofil verfügt. Unter den differententiell exprimierten MicroRNAs fand sich auch miR-21. Aufgrund der durch sie regulierten Gene konnte gezeigt werden, dass ein möglicher Zusammenhang zwischen der Expression von miR-21 und der Genese der klarzelligen Nierenzellkarzinoms besteht. / This work deals with the experimental investigation of microRNA expression in clear cell renal cell carcinoma. It was shown that tumors have a specific expression profile compared to normal kidney tissue. Among the differentially expressed microRNAs, miR-21 was found. Based on the genes regulated by it, it was shown that there is a possible connection between the expression of miR-21 and the genesis of clear cell renal cell carcinoma.

Formation oft the central nervous system (CNS) from multipotent neuronal stem cells (NSCs) requires a tightly controlled, step-wise activation of the neuronal gene expression program. Expression of neuronal genes at the transition from neural stem cell to mature neuron (i. e. neuronal cell differentiation) is controlled by the Repressor element 1 (RE1) silencing transcription factor (REST) complex. As a master transcriptional regulator, the REST-complex specifically inhibits expression of neuronal genes in non-neuronal tissues and neuronal progenitor cells. Differentiation of NSCs to mature neurons requires the activation of genes controlled by the REST-complex, but how abrogation of REST-complex mediated repression is achieved during neurogenesis is only poorly understood. MicroRNAs (miRNAs) are a class of small regulatory RNAs that posttranscriptionally control target gene expression. Binding of miRNAs to target sequences in the 3’UTR of mRNAs, leads either to degradation or translational inhibition of the mRNA. Distinct neuronal miRNAs (e.g. miR-124) were shown to modulate REST-complex activity by silencing expression of REST-complex components. Interestingly, these miRNAs are also under transcriptional control of the REST-complex and inactivation of the REST-complex precedes their expression. Hence, additional factors are required for derepression of neuronal genes at the onset of neurogenesis. In this study function of the miR-26 family during neurogenesis of the zebrafish (Danio rerio) was analyzed. Computational target prediction revealed a number of REST-complex components as putative miR-26 targets. One of these predicted target genes, the C-terminal domain small phosphatase 2 (Ctdsp2) was validated as an in vivo target for miR-26b. Ctdsps are important cofactors of REST and suppress neuronal gene expression by dephosphorylating the C-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II (Pol II). Interestingly, miR-26b is encoded in an intron of the ctdsp2 primary transcript and is cotranscribed together with its host gene. Hence, miR-26b modulates expression of its host gene ctdsp2 in an intrinsic negative autoregulatory loop. This negative autoregulatory loop is inactive in NSCs because miR-26b biogenesis is inhibited at the precursor level. Generation of mature miR-26b is activated during neurogenesis, where it suppresses Ctdsp2 protein expression and is required for neuronal cell differentiation in vivo. Strikingly, miR-26b is expressed prior to miR-124 during neuronal cell differentiation. Thus, it is reasonable to speculate about a function of miR-26b in early events of neurogenesis. In line with this assumption, knockdown of miR-26b in zebrafish embryos results in downregulation of REST-complex controlled neuronal genes and a block in neuronal cell differentiation, most likely due to aberrant regulation of Ctdsp2 expression. This is evident by reduced numbers of secondary motor neurons compared to control siblings. In contrast, motor neuron progenitor cells and glia cells were not affected by depletion of miR-26b.This study identifies the ctdsp2/miR-26b autoregulatory loop as the first experimentally validated interaction between an intronic miRNA and its host gene transcript. Silencing of ctdsp2 by miR-26b in neurons is possible because biogenesis of the ctdsp2 mRNA and mature mir-26b is uncoupled at the posttranscriptional level. Furthermore the obtained data indicate a cell type specific role for miR-26b in vertebrate neurogenesis and CNS development. / Die Entwicklung des Zentralen Nervensystems (ZNS) aus multipotenten neuronalen Stammzellen erfordert eine stufenweise und genau regulierte Aktivierung der neuronalen Genexpression. Bei der Differenzierung neuronaler Stammzellen zu Neuronen wird die Expression neuronaler Gene durch den sogenannten „Repressor element 1 (RE1) silencing transcription factor (REST)”-Komplex gesteuert. Der REST-Komplex unterdrückt spezifisch in proliferierenden neuronalen Vorläuferzellen die Expression neuronaler Gene. Während der neuronalen Zelldifferenzierung wird die Expression dieser Gene jedoch benötigt. Wie die Inaktivierung neuronaler Gene durch den REST-Komplex während des Prozesses der Neurogenese aufgehoben wird ist bislang nicht genau bekannt. MicroRNAs (miRNAs) sind kleine regulatorische RNAs, die die Expression ihrer Zielgene auf posttranskriptioneller Ebene regulieren. Dazu binden miRNAs an Zielsequenzen in 3’UTRs von mRNAs, was zu einer Inhibition der Translation oder Abbau der mRNA führt. Auch Komponenten des REST-Komplexes stehen unter Kontrolle bestimmter neuronaler miRNAs (z.B. miR-124). Erstaunlicherweise stehen diese miRNAs selber wiederum unter der transkriptionellen Inhibition des REST-Komplexes und können daher nicht für die Inaktivierung des REST-Komplexes zu Beginn der Neurogenese verantwortlich sein. Übereinstimmend damit konnte beobachtet werden, dass der REST-Komplex aus differenzierenden Zellen entfernt wird, bevor die genannten neuronalen miRNAs exprimiert werden. Diese Umstände legen die Existenz weiterer, bis jetzt unbekannter Faktoren nahe, die die Expression des REST-Komplexes selber inhibieren und so die Neurogenese erlauben Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Funktion der miR-26 Familie während der Neurogenese des Zebrafisches (Danio rerio) untersucht. Eine bioinformatische Zielgenvorhersage für die miR-26 Familie ergab, dass unter anderem zahlreiche bekannte Komponenten des REST-Komplexes unter den Kandidatengenen sind. Für eines dieser vorhergesagten Zielgene, die sogenannte „C-terminal domain small phosphatase 2 (Ctdsp2)” wurde daraufhin gezeigt, dass seine Expression in der Tat durch die miR-26b inhibiert wird. Ctdsps sind wichtige Kofaktoren des REST-Komplexes und unterdrücken die Expression neuronaler Gene, indem die die C-terminale Domäne (CTD) der RNA Polymerase II dephosphorylieren und diese dadurch inaktivieren. In diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die miR-26b in einem Intron des ctdsp2 Gens kodiert ist und mit ctdsp2 zusammen transkribiert wird. Folglich beeinflusst die miR-26b die Expression ihres eigenen „Host genes“ in einer Art autoregulativer Rückkopplungsschleife. Die beschriebene negative Regulation ist in neuronalen Stammzellen nicht aktiv, da dort die Biogenese der miR-26b auf Vorläuferebene angehalten wird. Reife miR-26b wird erst während der Neurogenese produziert, wo sie daraufhin die Expression von Ctdsp2 Protein verhindert. Während der neuronalen Zelldifferenzierung wird die miR-26b deutlich früher exprimiert als zum Beispiel die miR-124. Daher liegt es nahe eine Funktion der miR-26b während früher Prozesse in der Neurogenese anzunehmen. In Übereinstimmung mit dieser Annahme führt ein „Knockdown“ der miR-26b zu einer schwächeren Expression von neuronalen Genen, die unter der Kontrolle des REST-Komplex stehen. Weiterhin führt ein reduziertes Maß an miR-26b zu fehlerhafter oder gänzlich ausbleibender neuronaler Zelldifferenzierung. Dies konnte anhand einer verringerten Anzahl differenzierter spinaler Motorneuronen aufgezeigt werden. Die Vorläufer dieser Motorneuronen und Gliazellen waren hingegen vom miR-26b-„Knockdown“ nicht beeinflusst. Die hier präsentierte Studie zeigt erstmals in experimenteller Weise das Vorhandensein einer direkten Interaktion zwischen einer intronischen miRNA und ihrem eigenen Primärtranskript. Die negative Regulation der Ctdsp2 Expression in Neuronen wird erst dadurch möglich, dass die Biogenese der ctdsp2 mRNA und der reifen miR-26b durch einen posttranskriptionellen Mechanismus voneinander getrennt werden. Weiterhin legen die Daten aus dieser Studie nahe, dass die miR-26b in der Tat eine spezifische Funktion in der Entwicklung des ZNS von Vertebraten hat.