Neurotrophic factors such as brain¬-derived neurotrophic factor (BDNF) and glial cell line¬¬¬-derived neurotrophic factor (GDNF) are a family of proteins which play an important role inside and outside central nervous system. While precise regulation of BDNF and GDNF levels in time and space in an organism is crucial in determining the biological outcome, mechanisms involved in controlling their levels are not fully understood.
Messenger RNAs (mRNAs) play a critical role in gene expression by conveying genetic information from DNA to protein synthesis. 3ʹ untranslated region (3ʹUTR) is a part of mRNA sequence which regulates gene expression by binding to microRNAs (miRs), RNA-binding proteins (RBPs) and other trans-acting factors.
In this thesis, we investigated the 3ʹUTR mediated regulation of BDNF and GDNF. We demonstrate the presence of regulatory elements in the 3ʹUTR of BDNF and GDNF and, show that BDNF is regulated by four different miRs, namely miR-1, miR-10b, miR-155 and miR-191 and, RBP tristetraprolin (TTP) in different cell lines. Further, we show that GDNF is regulated by multiple miRs in cell lines and identify binding sites for miR-146a and miR-96 in the GDNF 3ʹUTR. Finally, we demonstrate that replacement of GDNF 3ʹUTR in mice with a 3ʹUTR with reduced responsiveness to negative regulators including miRs leads to elevated level of endogenous GDNF mRNA and protein in various organs with profound biological effects including in the brain dopamine system function in mice. We conclude that 3ʹUTR mediated regulation of BDNF and GDNF is biologically important and propose that 3ʹUTR replacement is an informative way to study gene function in vivo.Hermokasvutekijäperheeseen kuuluvilla aivoperäisellä hermokasvutekijällä (Brain derived neurotrophic factor, BDNF) ja gliasoluperäisellä hermokasvutekijällä (glial cell derived neurotrophic factor, GDNF) on tärkeä rooli sekä keskushermostossa että muualla elimistössä. Vaikka biologisen lopputuloksen tiedetään riippuvan BDNF:n ja GDNF:n tasojen tarkasta säätelystä ajan ja paikan suhteen, on säätelyn tarkka mekanismi vielä tuntematon.
Lähetti-RNA (mRNA) molekyylit siirtävät DNA:n sisältämän geneettisen informaation proteiinisynteesiin. mRNA:n 3 pään kääntämätön alue (3 untranslated region, 3 UTR) on geenin säätelylle tärkeä alue, sillä se sisältää sitoutumiskohdan mikroRNA:lle (miR), RNA:han sitoutuville proteiineille (RNA-binding proteins, RBP) ja muille trans-vaikuttaville tekijöille.
Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin BDNF:n ja GDNF:n 3 UTR-välitteistä säätelyä. Käyttämällä eri solulinjoja voitiin osoittaa BDNF:llä ja GDNF:llä olevan 3 UTR-säätelyelementtejä ja että BDNF:n geeniä säätelee 4 eri miR:ta, miR-1, miR-10b, miR-155 ja miR-191 sekä RBP tristetraproliini (TTP). Solulinjoilla tehdyt kokeet osoittivat myös useiden miR:n säätelevän GDNF:n tasoja. Lisäksi voitiin tunnistaa miR-146a:n sekä miR-96:n sitoutumiskohdat GDNF:n 3 UTR-alueella. Kun hiirten GDNF 3 UTR korvattiin 3 UTR:llä, joka ei ole yhtä herkkä negatiivisille säätelytekijöille, kuten miR:lle, havaittiin endogeenisen GDNF:n mRNA- ja proteiinitasojen nousu useissa eri elimissä ja merkittävä muutos hiirten aivojen dopamiinijärjestelmässä. Tulosten perusteella BDNF:n ja GDNF:n 3 UTR-välitteinen säätely on biologisesti merkittävää ja 3 UTR:n korvaaminen on informatiivinen menetelmä tutkia geenien toimintaa in vivo
