English Title: A2BP1-mediated RNA-splicing is essential for cardiac function in zebrafish

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Abstract

Alternatives Spleißen (AS) ist ein grundlegender Mechanismus der Genregulation und der Bildung der enormen Vielfalt des Proteoms von Eukaryoten. AS wird gewebe- oder entwicklungsabhängig durch trans-wirkende Faktoren und cis-wirkende RNA-Sequenzmotive reguliert. Dennoch sind die Komplexität der alternativen Spleißprozesse, die damit verbundenen Spleißenregulatoren und die funktionellen Auswirkungen der alternativ gespleißten Transkripte unzureichend verstanden. AS spielt eine wichtige Rolle bei physiologische und pathogene Prozesse. Einer zunehmender Anzahl von Erkrankungen im Menschen werden Veränderungen des mRNA-Spleißens zugeschrieben. Daher sind die Aufklärung von Spleiß-abhängigen Mechanismen und Spleißregulatoren Gegenstand aktueller Forschung. In der vorliegenden Arbeit wurde zum einen die funktionelle Rolle des Spleißregulators A2BP1 in vivo aufgeklärt und zum anderen die Transkriptom-Vielfalt des Zebrafischherzens mittels mRNA-Sequenzierung analysiert um anschließend das a2bp1-vermittelte Spleißen zu charakterisieren. Der Funktionsverlust des a2bp1-Spleißfaktors, welcher in neuronalen-, Skelettmuskel- und Herzzellen exprimiert wird, führt zu einer progressiven kontraktilen Dysfunktion des Herzens. Durch vergleichende Analysen von Spleißmustern in a2bp1- und Kontroll-injizierten Zebrafischembryonen wurden mehrere Transkripte als neue Zielgene des Spleißfaktors a2bp1 identifiziert. Die in vivo Analyse aberrant gespleißter Transkripte zeigte, dass eine korrekte Isoform-Expression der Zielgene actn3a, huG, ktn1, ptpla und camk2g essentiell für die Herzfunktion ist. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse werden signifikant zu einem besseren Verständnis hinsichtlich der Bedeutung von Spleißprozessen im Herzen und der Pathogenese und Ätiologie von Herzmuskelerkrankungen beitragen.

Translation of abstract (English)

Alternative mRNA splicing (AS) is one of the key mechanisms for the proteomic and functional diversity of eukaryotes and is tightly regulated in a cell type- and developmental stage-specific manner. However, the complex nature of the splicing process, its associated splicing regulators and the biological consequences of alternatively spliced transcripts are only partially understood. AS influences development, physiology, and disease. An increasing number of human diseases have been attributed to alterations in mRNA splicing as a result of genetic mutations and/or environmental causes highlighting the relevance of AS. Hence, it is crucial to improve our understanding of the biological significance of alternative splicing. Within this thesis, I investigated the transcriptomic diversity in the zebrafish heart using deep-transcriptome sequencing and consequently elucidated the functional role of the novel splicing regulator A2BP1 in vivo. Loss of function of a2bp1, which is expressed in neurons, skeletal muscle cells and cardiomyocytes leads to progressive cardiac contractile dysfunction. The a2bp1-mediated splicing analysis revealed several transcripts as novel targets of the splicing factor a2bp1. Splice junction blockage experiments showed that a balanced isoform expression of the targets like actn3a, hug, ktn1, ptpla and camk2g is necessary for maintaining cardiac function.