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RNA imaging in living hippocampal neurons - mechanisms of dendritic mRNA transport and translational control
Georg Ammer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Georgia Vendra
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29808.69962.380955-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die dendritische Lokalisierung einiger mRNAs und deren aktivitätsabhängige lokale Translation spielt eine entscheidende Rolle bei der Modifikation einzelner Synapsen. Um ihren Zielort zu erreichen, assoziieren mRNAs mit speziellen RNA-Bindeproteinen und bilden sogenannte Ribonukleoprotein-Partikel (RNPs). Diese werden dann von molekularen Motoren entlang des Zytoskeletts transportiert.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Dynamik des RNP-Transports in lebenden hippokampalen Neuronen zu untersuchen. Zur mikroskopischen Visualisierung der mRNAs benutzte ich das MS2 System und analysierte die Kinetik einzelner RNA-Partikel im Detail. Untersuchungen der beiden mRNAs CaMKIIα und β-actin ergaben, dass ein Teil der Partikel mit hoher Geschwindigkeit (bis zu 2µm/s) in Dendriten transportiert wird. Diese Bewegungen erfolgten mit gleicher Wahrscheinlichkeit in beide Richtungen des Dendriten. Interessanterweise zeigten CaMKIIα RNA-Partikel eine leicht höhere Geschwindigkeit in die anterograde Richtung, was die Effizienz der dendritischen Lokalisierung dieser mRNA erhöhen könnte. Für β-actin wurde kein signifikanter Geschwindigkeitsunterschied festgestellt. Die Deletion eines Elements in der 3‘-UTR von CaMKIIα, das laut einer vorhergehenden Publikation für die Lokalisation dieser mRNA zuständig ist, hatte keine Auswirkung auf deren dendritischen Transport. Dies zeigt, dass die Lokalisationselemente dendritischer mRNAs womöglich weit komplexer sind als bisher angenommen wurde. Des weiteren wurden RNA-Partikel gleichzeitig mit dem postsynaptischen Marker PSD95 visualisiert. Diese Experimente ergaben, dass sich stationäre RNA-Partikel oft in der räumlichen Nähe von Synapsen befinden.
In einem Nebenprojekt untersuchte ich die dynamischen Eigenschaften und die synaptische Regulation dendritischer P-bodies. P-bodies sind cytoplasmatische RNA/Protein-Komplexe, die eine Funktion in der Degradation und Speicherung von mRNAs besitzen. In dieser Arbeit konnte ich die mRNAs Arc, β-actin und MAP2 in dendritischen P-bodies nachweisen. Ausserdem zeigte sich, dass sich P-bodies für längere Zeiträume in der Nähe von Synapsen aufenthalten und dass sie auf synaptische Stimulation oder Hemmung mit einer reversiblen Änderung ihrer Größe reagieren. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass P-bodies dendritische mRNAs speichern, um diese bei synaptischer Stimulation wieder freigeben und dadurch deren Translation ermöglichen.
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Abstract
(Englisch)
Localization of mRNAs to dendrites and subsequent activity-induced local translation plays an important role in the modification of individual synapses, thereby contributing to the molecular mechanisms of learning and memory. To reach their destination, selected mRNAs are packaged into ribonucleoprotein particles (RNPs) and transported along microtubules by molecular motors.
In this thesis, I aimed to investigate the dynamics underlying dendritic RNP transport in living hippocampal neurons. To achieve this, I employed the MS2 system for real-time imaging of dendritic transcripts, tracked individual RNA particles over time and characterized their motility in detail. Kinetic analysis of the well-characterized mRNAs CaMKIIα and β-actin revealed that a subset of particles show fast bidirectional movements with maximum velocities of 2µm/s. These movements occurred with equal probability in both directions. Interestingly, CaMKIIα particles showed a slightly higher velocity in the anterograde direction, which might facilitate fast dendritic targeting. This difference in velocity was not found for β-actin. Deletion of a previously published localization element of CaMKIIα did not interfere with its dendritic transport, supporting the view that localization signals of CaMKIIα are more complex than previously anticipated. Furthermore, covisualization of MS2-tagged RNA and the postsynaptic marker PSD95 revealed that stationary RNA particles are frequently found close to postsynaptic sites. Together, my results suggest that mRNAs are delivered to dendrites along which they travel bidirectionally, until they get selectively recruited to postsynaptic sites upon demand.
In a side project, I studied the dynamic properties and synaptic regulation of dendritic processing bodies (P-bodies). P-bodies are cytoplasmic RNA granules which have been functionally implicated in the degradation and transient storage of translationally repressed mRNAs. In this work, I detected Arc, β-actin and MAP2 mRNAs in P-bodies. Additionally, P-bodies reside near synapses for long periods of time and respond to synaptic activation or silencing by a reversible change in size. These results are in line with the hypothesis that P-bodies store dendritic mRNAs that can be released for translation in response to synaptic stimulation.
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Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
RNA imaging RNA transport P-bodies local translation hippocampal neurons synaptic plasticity
Schlagwörter
(Deutsch)
RNA imaging RNA Transport P-bodies lokale Translation hippokampale Neuronen synaptische Plastizität
Autor*innen
Georg Ammer
Haupttitel (Englisch)
RNA imaging in living hippocampal neurons - mechanisms of dendritic mRNA transport and translational control
Paralleltitel (Deutsch)
Visualisierung von RNA in lebenden hippokampalen Neuronen
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
91 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Georgia Vendra
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
AC Nummer
AC09025408
Utheses ID
16481
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |