Translationsregulation des Myelin basischen Proteins in Gliazellen

Im zentralen Nervensystem (ZNS) myelinisieren Oligodendrozyten neuronale Axone, indem sie ihre Zellfortsätze mehrfach um axonale Segmente wickeln. Die Ausbildung dieser multilamellaren Membranstapel ermöglicht eine saltatorische und damit rasche und energie-effiziente Erregungsleitung (Nave, 2010). Eine Schädigung des Myelins beeinträchtigt die Reizweiterleitung und führt zur Degeneration der Axone, wie es zum Beispiel bei der Multiplen Sklerose der Fall ist. Das Myelin basische Protein (MBP) ist ein Hauptbestandteil des Myelin und ist essentiell für die Kompaktierung der Myelinmembran (Wood et al., 1984). Die MBP mRNA wird in hnRNP A2 enthaltenen RNA Granulen in einem translations-inaktiven Zustand zu den distalen Fortsätzen transportiert. Vermittelt durch axonale Signale wird nach axo-glialem Kontakt die Translation von MBP ermöglicht (White et al., 2008). Der genaue Mechanismus der differentiellen Genregulation des MBP Proteins ist bisher nur unzureichend aufgeklärt. In der vorliegenden Arbeit konnte eine kleine regulatorische RNA (sncRNA) identifiziert werden, welche über die seed Region mit der MBP mRNA interagieren und die Translation regulieren kann. In primären Oligodendrozyten führt die Überexpression der sncRNA-715 zu reduzierten MBP Protein Mengen und die Blockierung der endogenen sncRNA-715 führt zu einer gesteigerten MBP Synthese. Interessanterweise korreliert während der Differenzierung der Oligodendrozyten in vitro und in vivo die Synthese des MBP Proteins invers mit der Expression der sncRNA-715. In Oligodendrozyten beeinflusst eine experimentell erhöhte sncRNA-715 Menge die Zellmorphologie und induziert Apoptose. Weiterhin ist sncRNA-715 in zytoplasmatischen granulären Strukturen lokalisiert und assoziiert mit MBP mRNA in hnRNP A2 Transport- Granula. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass sncRNA-715 ein Bestandteil der hnRNP A2 Granula sein könnte und dort spezifisch die Translation der MBP mRNA während des Lokalisationsprozesses inhibiert. In chronischen MS Läsionen sind Olig2+-Zellen zu finden. Obwohl die MBP mRNA in diesen Läsionen nachzuweisen ist, kann kein Protein synthetisiert werden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass in diesen Läsionen die Expression der sncRNA-715 erhöht ist. SncRNA-715 könnte die Translation von MBP verhindern und folglich als Inhibitor der Remyelinisierung während des Krankheitsverlaufs fungieren. Schwann-Zellen sind die myelinisierenden Zellen im peripheren Nervensystem (PNS). Im Zuge der Myelinisierung wird die MBP mRNA in diesen Gliazellen ebenfalls in die distalen Fortsätze transportiert und dort lokal translatiert und in die Myelinmembran eingebaut (Trapp et al., 1987). Im Gegensatz zum ZNS ist im PNS nur wenig über den Transportmechanismus der mRNA bekannt (Masaki, 2012). Es ist es sehr wahrscheinlich, dass in Schwann-Zellen und Oligodendrozyten die Lokalisation und die translationale Hemmung der MBP mRNA ähnlichen Mechanismen unterliegen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass hnRNP A2 und sncRNA-715 in Schwann-Zellen exprimiert werden und in zytoplasmatischen Granula-ähnlichen Strukturen lokalisiert sind. Während der Differenzierung dieser Gliazellen in vivo und in vitro korreliert die Expression der sncRNA-715 invers mit der Synthese des MBP Proteins. HnRNP A2 und sncRNA-715 scheinen in Schwann-Zellen assoziiert zu sein und könnten wie in Oligodendrozyten den Transport der MBP mRNA vermitteln.

Oligodendrocytes play an important role in the central nervous system (CNS) by producing myelin, a multilammellar membrane which insulates the axon and allows saltatory conduction of action potentials at high velocities and limited energy requirements (Nave 2010). Impaired myelin disrupts saltatory nerve conduction leading to nerve degeneration associated with acquired and inherited disorders such as multiple sclerosis (MS) and leukodystrophies. Myelin basic protein (MBP) is the second most abundant myelin protein and is essential for correct CNS myelin formation (Wood et al., 1984). Mediated by the RNA binding protein hnRNP A2, MBP mRNA is transported to oligodendroglial processes in RNA granules in a translationally silenced state. At the axon-glial contact site, MBP is translated into a protein in response to axonal signals (White et al., 2008). The molecular mechanisms controlling MBP protein synthesis are poorly understood. Here we could identify a small non-coding RNA (sncRNA), which regulates MBP mRNA translation in oligodendrocytes by the interaction of its so called “seed region” with the target mRNAs. Experiments with primary oligodendrocytes show that the overexpression of sncRNA-715 leads to a downregulation of MBP protein and the blocking of endogenous sncRNA-715 leads to higher levels of MBP protein. Interestingly, sncRNA-715 expression inversely correlates with MBP protein synthesis in differentiating oligodendrocytes in vitro and in vivo. Furthermore, we demonstrate that elevated sncRNA-715 levels induce apoptosis and affects cell morphology of primary oligodendrocytes. Furthermore sncRNA-715 is present in cytoplasmic granule-like structures and co-immunoprecipitates with hnRNP A2 containing MBP mRNA transport granules suggesting that sncRNA-715 is involved in translational repression of MBP mRNA during the localization process. Chronic Multiple Sclerosis lesions contain Olig2+ cells and MBP mRNA, but lack MBP protein. These lesions contain elevated sncRNA-715 levels alluding to a possible role of sncRNA-715 as an inhibitor of remyelination events during the course of disease.rnSchwann cells are the myelinating cells in the peripheral nervous system (PNS). The local translation of MBP mRNA at distal sites has also been observed in these glia cells. So far details about the transport mechanism and translational inhibition of MBP mRNA remain elusive in Schwann cells (Masaki, 2012). It is very likely that Schwann cells and oligodendrocytes operate similar transport mechanisms. We could show that sncRNA-715 and hnRNP A2 are expressed by Schwann cells. During the development of these glia cells in vitro and in vivo, the expression of sncRNA-715 inversely correlates with MBP protein synthesis. Since sncRNA-715 coimmunoprecipitates with hnRNP A2, these components could mediate the transport of the MBP mRNA to the axo-glial contact site in Schwann cells.