Exploring intra-splicing and its regulatory potential

Abstract

Die Diversität des menschlichen Proteoms ist das Ergebnis einer Kaskade regulativer Interaktionen, die genetisch kodierte Informationen nutzen und diesen durch einen transformativen Prozess führen. Dies erlaubt eine Maximierung der Diversität. Einer dieser Prozesse, und möglicherweise der mit dem größten Diversifikationspotential ist Transkription und die daran gekoppelten RNA Prozessierung. Viele regulative Ebenen dieser Prozesse, von Transkription bis Prozessierung, wurden bereits entdeckt und untersucht. Die führt zu einem bereits heute komplexen Gesamtbild, dieser zellulären Vorgänge. Diese Entdeckungen beinhalten molekulare Interaktionen und Interaktoren, kombinatorische Events, die das Transkriptom effektiv, als Antwort auf externe Stimuli, interne Anforderungen oder zelluläre Diversifikation formen. In der vorliegenden Arbeit präsentiere ich eine weitere regulative Ebene, welche durch den bereits intensiv erforschten Splicingmechanismus agiert. Intra-splicing, ursprünglich ein hypothetischer Mechanismus des langen-Intron-splicings wurde inzwischen experimentell verifiziert. Diesem wurde in jüngeren Studien eine weitere regulative Funktion zugeschrieben: recursive Exons. Diese erlauben eine flexible Einbindung zusätzlicher genetischer Information in langen Introns und ermöglichen außerdem, höchstwahrscheinlich, das Spleißen dieser langen Introns. Aufbauend auf diesem Ansatz habe ich weitere Intra-splicing Events genomweit identifiziert. Dies führte einerseits zu einer neuen Perspektive der RNA-Prozessierung und andererseits zu der Identifikation einiger Intra-splicing spezifischer regulativer Mechanismen. Die im Detail studierten Fälle beeinflussten Genexpression quantitativ und qualitativ. Teilweise Intronretention, beziehungsweise erhöhte RNA-Prozessierungseffizienz regulierten die Abundanz spezifischer Transkripte, während potentielle rekursive splicing Events in einer Art positioniert sind, die alternatives Splicing ermöglichen und, möglicherweise, forcieren. Die vorliegende Arbeit bildet das theoretische Grundgerüst der während des Doktorats durchgeführten praktischen Arbeiten und den daraus resultierten Publikationen.The diversity of the human proteome is the consequence of a cascade of regulatory network interactions that use the rather limited pool of direct genetically encoded information and push it through extensive transformative processes, allowing for maximum, or rather required, diversity. One of these processes, and arguably the one with the biggest diversification potential is transcription and its coupled RNA processing steps. Many regulatory layers in these processes, touching all aspects of transcription and RNA processing, have already been uncovered, drawing a complex interactive network. This includes the continuous discovery of molecular interactions and interactors and combinatorial events that allow for efficient shaping of the transcriptome in response to external stimuli, internal requirements or cellular diversification attempts. In this thesis, I want to present yet another layer of regulation via the extensively studied splicing process. Intra-splicing, previously hypothesized and later experimentally validated as a mechanism of long intron splicing, recently was accredited with a novel impact on gene expression: recursive exons. These allow for a flexible inclusion of additional genetic information in long introns and presumably facilitate long intron removal. Extending on this approach, I identified intrasplicing events on a genome-wide scale which allows for a more processing-focused approach to gene expression and additionally lead to the discovery of a number of regulatory splicing events that, in the cases studied in detail, lead to gene expression and isoform regulation. Down-regulation is achieved via partial intron retention, and increased gene expression via more efficient intron removal. The impact on isoform selection is hypothesized based on a novel intersection between recursive splicing and exon selection. This thesis provides the theoretical basis for the work performed in this doctorate and the resulting manuscripts attached