Regulatory and functional architecture of 'Nested-Sensitivity' microexon programs

Projektbeschreibung

Die Regulierungsmechanismen der Mikroexonen enträtseln

Mikroexonen sind winzige Exonen, die eine erstaunliche neuronale Spezifität aufweisen. Letztere wird durch ihren Haupt-Spleißregulator Srrm4 bestimmt, der sie während der neuronalen Differenzierung aktiviert. Das EU-finanzierte Projekt NESTEDMICS hinterfragt diese Ansicht, indem es belegt, dass Mikroexonen-Unterklassen durch ihre Empfindlichkeit gegenüber einem nahen Paralogon, Srrm3, bestimmt werden. Die Forschenden werden Rechenansätze und computergestützte Experimente unter Einsatz von In-vitro- und In-vivo-Systemen entwickeln, um die Regulierung der Mikroexonen zu erforschen. Die Projektarbeit könnte Antworten auf die Fragen liefern, wie die verschiedenen Ebenen der Hauptregulatoren in den einzelnen Zelltypen gesteuert werden und wie die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Mikroexonen gegenüber Srrm3/4 genomisch kodiert sind. Außerdem könnte geklärt werden, wie sich eine Fehlregulierung der verschachtelten Programme auf die menschliche Gesundheit auswirkt und beispielsweise Diabetes und neurologische Entwicklungsstörungen ausgelöst werden.

Ziel

Neural microexons are a paradigmatic example of a cell type-specific transcriptomic program. Microexons are tiny exons that we revealed to have striking neuronal specificity established by their master splicing regulator Srrm4, which activates them during neuronal differentiation.

However, our unpublished data challenge this on/off regulatory and functional paradigm. We found that a related paralog, Srrm3, is lowly but significantly expressed also in endocrine pancreas and, together with Srrm4, configure a 3-step switch of Srrm3/4 activity in pancreas (low), brain (mid) and retina (high). These different levels of expression activate increasingly larger subsets of microexons in the three tissues, configuring a triple-nested microexon program. Remarkably, initial results support a model in which microexon subclass inclusion is dictated largely by their sensitivity to Srrm3/4, and each subclass is differentially enriched for distinct functional categories including vesicle-mediated transport, neuronal differentiation and cilium biogenesis.

This project will assess the regulatory and functional architecture of this new paradigm by answering:
(1) How are the different levels of the master regulators controlled in each cell type?
(2) How are the distinct sensitivities of microexons to Srrm3/4 genomically encoded?
(3) What are the functional implications of the 'nestedness' of the microexon programs?
(4) How does misregulation of the nested programs contribute to disease?

These goals will be achieved by a combination of high-throughput methods and focused experiments using in vitro and in vivo systems. The expected results will provide a transformative multi-level portrait of microexons, from quantitative regulatory logic to organismal functions. Moreover, this novel paradigm is likely to apply to many other master regulators, expanding the impact of the project and shedding new light into how cell type-specific transcriptomes are established in embryogenesis.