Aberrant RNA processing in MBNL1-deficient mice with erythroid defects

MBNL1 缺陷型红细胞缺陷小鼠的 RNA 加工异常

基本信息

  • 批准号:
    8613315
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT This SHINE II proposal seeks to promote broader research into the role of RNA processing in erythropoiesis. The broad hypothesis of this work is that a highly orchestrated RNA processing program is essential for normal erythropoiesis, with the critical corollary that defects in RNA processing should have major adverse impacts on differentiation and/or red cell function that may underlie unexplained erythroid disorders. These concepts are actively exploited to provide exciting new insights in nonerythroid biology and disease, but until the recent discovery of splicing machinery mutations in myelodysplasia and other hematologic cancers, RNA processing has been under-appreciated in erythropoiesis. To study the impact of RNA processing in an erythroid in vivo system, this proposal focuses on a knockout mouse model with complete deficiency of MBNL1 (Muscleblind- like1), a zinc finger protein that regulates post-transcriptional processes including alternative pre-mRNA splicing (via binding to intron regulatory elements) and mRNA stability (via binding to 3'UTR sequences). Functional depletion of MBNL1 in the triplet repeat disease, myotonic dystrophy, causes splicing defects that correlate with specific physiological deficits of the disease. Preliminary data show that differentiating erythroblasts execute a robust alternative splicing program; that MBNL1 is one of the most abundant RNA processing factors in normal erythroblasts of both human and mouse; that MBNL1 can regulate a key alternative splicing event (in protein 4.1R pre-mRNA) required for mechanically stable red cell membranes; and that MBNL1 knockout mice have erythroid deficits manifested by elevated reticulocytes, reduced hematocrit, and greatly enlarged spleen. These observations support the hypothesis that MBNL1 deficiency should have a major impact on the erythroblast transcriptome, as it does in muscle. In accordance with the SHINE II format, this proposal consists of one aim. Aim 1A will be a global transcriptome analysis of FACS-purified proerythro- blasts, orthochromatic erythroblasts, and reticulocytes using state of the art RNA-seq and computational analytical strategies. Comparison of MBNL1-knockouts with normal littermates is expected to reveal dozens to hundreds of altered transcripts that will represent candidate mediators of disease in these animals. Aim 1B will validate MBNL1-mediated RNA processing events predicted in 1A, using minigene approaches that allow manipulation of MBNL1 expression and MBNL1 binding motifs. Expected outcomes of this research are novel insights into MBNL1-regulated RNA processing networks, and identification of erythroid processes impacted by these networks that may contribute to pathology in knockout animals. Besides MBNL1, several other multi- functional RBPs with post-transcriptional regulatory activities and documented disease involvement in nonerythroid tissues are abundantly expressed in erythroid cells. Defects in this class of proteins may be an unappreciated cause of erythroid disease. Understanding splicing events critical for erythroid function could facilitate future therapeutic intervention with antisense technologies being developed to treat splicing diseases.
项目概要/摘要 SHINE II 的这项提案旨在促进对 RNA 加工在红细胞生成中的作用进行更广泛的研究。 这项工作的广泛假设是,高度精心策划的 RNA 处理程序对于正常的 RNA 处理至关重要。 红细胞生成,其重要推论是 RNA 加工缺陷会对红细胞生成产生重大不利影响 分化和/或红细胞功能可能是无法解释的红细胞疾病的基础。这些概念是 积极利用来提供非红细胞生物学和疾病方面令人兴奋的新见解,但直到最近 发现骨髓增生异常和其他血液癌症中的剪接机制突变、RNA 加工 在红细胞生成方面一直未被充分认识。研究 RNA 加工对体内红细胞的影响 系统,该提案重点关注完全缺乏 MBNL1 的敲除小鼠模型(Muscleblind- like1),一种调节转录后过程的锌指蛋白,包括替代的前 mRNA 剪接(通过结合内含子调控元件)和 mRNA 稳定性(通过结合 3'UTR 序列)。 三联体重复病、强直性肌营养不良中 MBNL1 的功能缺失会导致剪接缺陷 与疾病的特定生理缺陷相关。初步数据表明,区分 有红细胞执行强大的选择性剪接程序; MBNL1 是最丰富的 RNA 之一 人和小鼠正常成红细胞的加工因子; MBNL1 可以调节一个键 机械稳定的红细胞膜所需的选择性剪接事件(在蛋白质 4.1R 前体 mRNA 中);和 MBNL1 基因敲除小鼠存在红细胞缺陷,表现为网织红细胞升高、血细胞比容降低、 以及脾脏肿大。这些观察结果支持这样的假设:MBNL1 缺陷应该具有 对成红细胞转录组有重大影响,就像在肌肉中一样。按照SHINE II格式, 该提案有一个目标。目标 1A 将是对 FACS 纯化的原红细胞进行全局转录组分析 使用最先进的 RNA-seq 和计算技术对原始细胞、正染色红细胞和网织红细胞进行分析 分析策略。 MBNL1 敲除小鼠与正常同窝小鼠的比较预计会发现数十个 数百个改变的转录本将代表这些动物疾病的候选介质。目标 1B 将 使用小基因方法验证 1A 中预测的 MBNL1 介导的 RNA 加工事件 MBNL1 表达和 MBNL1 结合基序的操作。这项研究的预期结果是新颖的 深入了解 MBNL1 调节的 RNA 处理网络,并识别受其影响的红细胞过程 这些网络可能有助于基因敲除动物的病理学。除了 MBNL1 之外,还有其他几个多 具有转录后调节活性的功能性 RBP 和已记录的疾病参与 非红系组织在红系细胞中大量表达。此类蛋白质的缺陷可能是 红细胞疾病的未被认识的原因。了解对红细胞功能至关重要的剪接事件可以 利用正在开发的用于治疗剪接疾病的反义技术促进未来的治疗干预。

项目成果

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