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Genome-wide investigation of RNA biology features of mouse long non-coding RNAs
Philipp Günzl
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Dr.-Studium der Naturwissenschaften Genetik - Mikrobiologie (Stzw)
Betreuer*in
Denise Barlow
DOI
10.25365/thesis.36547
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29120.57032.642063-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Weiterentwicklung der RNA Sequenzierung hat unser Verständnis von Säugetier-genomen grundsätzlich verändert. Große Teile unseres Genoms wurden lange Zeit nicht beachtet und als “junk DNA” bezeichnet, sie werden tatsächlich aber häufig in nicht-kodierende RNA transkribiert. Tausende lange nicht kodierende (lnc)RNAs sind mittlerweile in den Genomen von Mensch und Maus annotiert und eine faszinierende Frage ist, ob all diese lncRNAs funktionell sind. Einige Dutzend lncRNAs sind bereits ausgiebig erforscht worden und es herrscht nun Einigkeit, dass viele davon die Expression von Genen steuern können und damit auf die Entwicklungsbiologie sowie die Entstehung von Krankheiten Einfluss nehmen. Ähnliche lncRNAs wurden in bestimmte Kategorien eingeteilt um mögliche Funktionen besser prognostizieren zu können. Die bekanntesten dieser Kategorien sind intergenische, bidirektionale, antisense und enhancer lncRNAs und jeder davon wurden bestimmte RNA Biologie Eigenschaften und Funktionen zugesagt. Es wurde bereits spekuliert, dass die RNA Biologie jeder lncRNA eine Voraussetzung oder Folge einer bestimmten Funktion sein könnte. Nachdem der Großteil der publizierten RNA Biologie Experimente jedoch mit unterschiedlichen lncRNA Annotationen, abweichenden Methoden und in verschiedenen Zelltypen gemacht wurden, können diese nur schwer miteinander verglichen werden. Daher habe ich Experimente durchgeführt um die drei RNA Biologie Merkmale RNA Stabilität, nukleärer Export und Spleißeffizienz gemeinsam in zwei Zelltypen genomweit untersucht. Ich habe embryonale Stammzellen und embryonale Fibroblasten der Maus als Modelle gewählt und nach RNA Sequenzierung und bioinformatischer Analyse herausgefunden, dass die RNA Biologie von lncRNAs zelltypspezifisch reguliert wird und sehr unterschiedlich zu mRNAs ist. Weiters zeige ich, dass die vier derzeitigen lncRNA Kategorien überraschenderweise sehr ähnliche Eigenschaften haben und weder durch ihre RNA Biologie noch durch ihre genomischen Transkripteigenschaften unterscheidbar sind. Ich habe daher alle lncRNAs nach ihrer RNA Biologie kategorisiert und sechs Gruppen definiert, jede mit einem einzigartigen RNA Biologie Muster. Ich habe dabei herausgefunden, dass etwa die Hälfte ähnliche Eigenschaften wie mRNAs hat und die andere Hälfte ineffizient gespleißt wird, instabil ist und kaum aus dem Nukleus exportiert wird. Zusätzlich habe ich alle Experimente in den entsprechenden Zelltypen der Ratte wiederholt und dabei entdeckt, dass die RNA Biologie Eigenschaften weitgehend zwischen Maus und Ratte konserviert sind. Wie die einzelnen RNA Biologie Eigenschaften von der Zelle reguliert werden ist großteils unbekannt, jedoch zeige ich, dass sie mit einigen genomischen Transkripteigenschaften signifikant korrelieren. Insgesamt habe ich in dieser Studie 76 RNA Sequenzierungsbibliotheken erstellt und 4,1 Milliarden Reads generiert die ich mit 2,3 Milliarden weiteren publizierten Reads analysiert habe. Diese tief sequenzierten und gut kontrollierten Datensätze werden für die wissenschaftliche Gemeinschaft außerordentlich hilfreich sein um lncRNA Forschung voran zu bringen.
Abstract
(Englisch)
Recent advances in RNA-sequencing changed our perception of mammalian genomes and established that major parts of the previously disregarded “junk DNA” are transcribed into non-coding RNA. Thousands of long non-coding (lnc)RNAs have since been annotated in human and mouse genomes and the most intriguing question is whether they are functional. A few dozen lncRNAs have been studied in detail and they are now increasingly recognized as important gene regulators in development and disease. Similarly to the field of proteomics, related lncRNAs were divided into classes to be able to extrapolate functions. The most prominent classes of intergenic, bidirectional, antisense and enhancer lncRNAs have been assigned certain RNA biology features and functions. It has been speculated that RNA biology might be a prerequisite for or consequence of function. However, the majority of RNA biology experiments was carried out using different lncRNA annotations, variable protocols and different cell types and therefore they are not comparable. Therefore, I conducted experiments to assay the three RNA biology features RNA stability, nuclear export and splicing efficiency of lncRNAs genome-wide using two cell types. I have chosen mouse embryonic cells as the primary model as they express a wealth of lncRNAs and selected embryonic fibroblasts as a second cell type. After RNA-sequencing, bioinformatic analyses and rigorous quality filtering, I find that lncRNA biology is cell type specifically regulated and markedly different from mRNAs. I show that the four current lncRNA classes have very similar features as they are neither distinguishable by their RNA biology features nor by their genomic transcript features. I therefore clustered lncRNAs based on their three RNA biology features and define six clusters, each having a unique RNA biology signature. I find that half of lncRNAs have mRNA-like RNA features whereas the other half is inefficiently spliced, rather unstable and less efficiently exported to the cytoplasm. Additionally, I repeated all experiments in the corresponding cell types of the rat and find that RNA biology features are largely conserved between mouse and rat. How each of the three RNA biology features is regulated by the cell remains unknown, however, they significantly correlate with certain genomic transcript features. All together, I prepared 76 RNA-seq libraries for this study and generated 4.1 billion reads which were analyzed alongside with 2.3 billion reads from published RNA-seq experiments. These deeply sequenced and well controlled datasets will be a valuable and comprehensive resource for the research community to investigate the expression states and RNA features of lncRNAs genome-wide.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
lncRNA genome-wide RNA biology RNA-seq RNA stability RNA export RNA splicing
Schlagwörter
(Deutsch)
lncRNA genomweit RNA Biologie RNA-seq RNA Stabilität RNA Export RNA Splicing
Autor*innen
Philipp Günzl
Haupttitel (Englisch)
Genome-wide investigation of RNA biology features of mouse long non-coding RNAs
Paralleltitel (Deutsch)
Genomweite Untersuchung von RNA Biologie Eigenschaften von langen nicht-kodierenden RNAs in der Maus
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
VIII, 138 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Alexander Hüttenhofer ,
Julius Brennecke
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
AC Nummer
AC12230912
Utheses ID
32397
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |