京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21452号 / 医博第4419号 / 新制||医||1032(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 髙橋 良輔, 教授 伊佐 正 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Evidence from human amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients and ALS-linked Cu/Zn superoxide dismutase (Cu/Zn-SOD) transgenic mice bearing the mutation of glycine to alanine at position 93 (G93A) suggests that the pro-apoptotic protein prostate apoptosis response-4 (Par-4) might be a critical link in the chain of events leading to motor neuron degeneration. We now report that Par-4 is enriched in synaptosomes and post-synaptic density from the ventral horn of the spinal cord. Levels of Par-4 in synaptic compartments increased significantly during rapid and slow declining stages of muscle strength in hSOD1 G93A mutant mice. In the pre-muscle weakness stage, hSOD1 G93A mutation sensitized synaptosomes from the ventral horn of the spinal cord to increased levels of Par-4 expression following excitotoxic and apoptotic insults. In ventral spinal synaptosomes, Par-4-mediated production of pro-apoptotic cytosolic factor(s) was significantly enhanced by the hSOD1 G93A mutation. RNA interference (RNAi) knockdown of Par-4 inhibited mitochondrial dysfunction and caspase-3 activation induced by G93A mutation in synaptosomes from the ventral horn of the spinal cord, and protected spinal motor neurons from apoptosis. These results identify the synapse as a crucial cellular site for the cell death promoting actions of Par-4 in motor neurons, and suggest that targeted inhibition of Par-4 by RNAi may prove to be a neuroprotective strategy for motor neuron degeneration.

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Koordinierte Phosphorylierung der C-terminale Domäne von RNA Polymerase II (RNAPII) ist essentiell für eine effiziente Kupplung von naszierender RNA Synthese und co-transkriptionalem RNA Prozessierens. Zirkuläre RNAs (circRNAs) sind eine neue Klasse von RNA Molekülen mit hoher Prävalenz in neuronalen Zelltypen. Die Biogenese von circRNAs ist noch ungeklärt, insbesondere die Frage warum das Intron upstream der circRNA während der Transkription des circRNA Exons zurückbehalten wird um Rück-Spleißen zu ermöglichen. Verschiede Belege suggerieren, dass unzulängliche Rekrutierung des Spleiceosoms zur circRNA Formation führen kann. In dieser Arbeit untersuche ich die Mechanismen die zu Defekten in der Erkennung und des Spleißens des Introns upstream der circRNA führen. Mit diesem Ziel erfasste ich die genomweite Verteilung von chromatinassoziierter RNAPII mit verschiedenen Phosphorylierungen, sowie Spleißfaktoren und Transkriptionsreglern mittels ChIP-seq in neuronaler Differenzierung von murinen embryonalen Stammzellen zu dopaminergen und Motoneuronen. Während der gesamten Differenzierung, aber insbesondere in den differenzieren Neuronen, konnten circRNAs detektiert werden. In meiner Arbeit finde ich, dass circRNAs detektiert werden, wenn Gene hohe Levels an mRNA exprimieren und, dass die Produktion von circRNA mit einer Dysbalance zwischen dem Laden der RNA-Polymerase II auf die DNA und dem Rekruitieren der Splice-Maschinerie zusammen hängt. Um funktionell mit den Pausier-Mechanismen der RNA-Polymerase II zu interferieren, habe ich einen ''promotor-proximal-pausing'' Faktor depletiert. Dabei stellte ich fest, dass diese Depletion genügt, um die circRNA Levels in embryonalen Stamzellen zu erhöhen. Die Ergebnisse die in dieser Arbeit gezeigt werden, beschreiben die Beteiligung des Pausierens der RNA-Polymerase II and der Formierung von circRNAs. / Coordinated phosphorylation of RNA polymerase II (RNAPII) C-terminal domain is essential for efficient coupling of nascent RNA synthesis with co-transcriptional RNA processing events. Circular RNAs (circRNAs) are a novel class of RNAs whose biogenesis remains ill understood, namely why the upstream intron is not spliced before the circRNA-exon is fully transcribed. Indirect evidence suggests that altered spliceosome recruitment can lead to circRNA formation. To investigate the mechanisms that may be involved in deficient recognition and splicing of introns upstream of exons included in circRNAs, I mapped the chromatin occupancy of RNAPII phosphorylated forms, splicing factors, and transcription regulators by ChIP-seq during mouse ESC differentiation to dopaminergic and spinal motor neurons. CircRNAs are detected throughout differentiation, peaking in differentiated neurons, as expected. I found that circRNAs are detected when genes express high levels of mRNA, and that circRNA production is associated with an imbalance between RNAPII loading and recruitment of the splicing machinery. To mechanistically interfere with pausing mechanisms, I depleted an RNAPII promoter-proximal pausing factor, and found that it was sufficient to increase the formation of circRNAs in stem cells. Results shown in this work implicate RNAPII regulation mechanisms in the formation of circRNAs.