The RNA/MBNL interactions: structural basis, potential inhibitors and functional implications

Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii, Zakład Ekspresji GenówBiałka MBNL (Muscleblind-like) należą do czynników regulatorowych wiążących się z RNA oraz zaangażowanych w wiele procesów związanych z jego metabolizmem, w tym regulację alternatywnego splicingu prekursorowych mRNA. Rodzinę białek MBNL stanowią trzy paralogi, których poziom ekspresji różni się znacząco na etapach embrionalnego i postnatalnego rozwoju organizmu. Posiadają one domenę wiążącą RNA, składającą się z czterech palców cynkowych. Wiązanie MBNL do RNA uwarukowane jest rozpoznawaniem konkretnego motywu sekwencyjnego w RNA, a także strukturą II-rzędową RNA, w którą zaangażowany jest rozpoznawany motyw. Niedobór MBNL w komórkach skutkuje zaburzeniem alternatywnego splicingu, co obserwowane jest u osób cierpiących na dystrofię miotoniczną (DM). Dzieje się to na skutek sekwestracji MBNL w jądrze komórkowym przez zmutowany transkrypt. Celem badań opisanych przeze mnie w rozprawie doktorskiej było zarówno określenie strukturalnych podstaw oddziaływania białek MBNL z docelowymi fragmentami RNA jak i poszukiwanie inhibitorów tworzenia patogennych kompleksów MBNL/RNA oraz zbadanie funkcjonalnych następstw ich działania w modelowych komórkach DM. Przeprowadzając szereg analiz zidentyfikowałam zarówno nowe i funkcjonalne regiony regulatorowe dla białek MBNL w pre-mRNA, jak i udowodniłam rozpoznawanie tych samych substratów RNA oraz miejsc wiązania przez trzy paralogi należące do rodziny MBNL. Ponadto, scharakteryzowałam właściwości inhibicyjne potencjalnych związków terapeutycznych jakimi były antysensowne oligonukleotydy oraz związki niskocząsteczkowe, względem toksycznych kompleksów RNA/MBNL tworzących się w komórkach pacjentów cierpiących na DM i zaburzających poprawny metabolizm RNA.MBNL (Muscleblind-like) proteins belong to a group of regulatory factors which bind to RNA and are implicated in multiple processes related to RNA metabolism including the regulation of alternative splicing of precursor mRNA. The family of MBNL proteins constitutes three paralogs, which the expression level differs considerably during embryogenesis and postnatal development. MBNL proteins contain an RNA binding domain, composed of four zinc finger domains. MBNL1 binding to RNA is underlain by the recognition of a specific sequence motif within RNA as well as the RNA secondary structure in which the motif is embedded. Deficiency of MBNL in cells results in misregulation of alternative splicing which is observed in patients suffering from a genetic disease - myotonic dystrophy (DM). It occurs due to the sequestration of MBNL in a nucleus by a mutated transcript. The aim of the research described in my doctoral dissertation was to define the structural basis of MBNL interaction with target fragments of RNA as well as to emerge the inhibitors of formation of pathogenic MBNL/RNA complexes and to investigate the functional implications of their activity in DM1 cell models. Through conducting a range of experimental procedures I identified new and functional regulatory elements for MBNL proteins within pre-mRNA as well as I proved, that all three paralogs belonging to MBNL family bind to the same RNA substrates by the recognition of the same sequence motifs. Moreover, I characterized the inhibitory properties of potential therapeutic molecules presented by antisense oligonucleotides and small molecules towards toxic MBNL/RNA complexes aggregating in cells of patients suffering from DM and leading to misregulation of RNA metabolism