Single-molecule resolution of RNA editing of mRNAs: visualizing GRIA2 editing in situ in ALS

mRNA RNA 编辑的单分子分辨率:在 ALS 中可视化 GRIA2 原位编辑

基本信息

  • 批准号:
    9488359
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-06-01 至 2020-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary  Much of the basic biology of mRNA editing remains unknown despite decades of study, largely due to  the limitations of existing experimental methods. Adenosine to Inosine (A to I) editing­­a result of adenosine  deamination catalyzed by deaminases such as ADAR enzymes­­is one of the most common forms of  post­transcriptional chemical modification of RNA, generally known as RNA editing. A to I editing is essential  for not only non­coding RNA function, such as rRNA and tRNA higher­order structure stabilization, but also for  post­transcriptional mRNA regulation. For example, GRIA2, which encodes the GluR2 subunit of the AMPA  glutamate receptor, has a highly conserved ADAR2­targeted editing site in its coding sequence. Perturbation of  the orthologous rat Gria2 editing event leads to neurological dysfunction. In humans with Amyotrophic Lateral  Sclerosis (ALS), many disease­affected motor neurons appear to die as a result of glutamatergic calcium  toxicity and have deficient GRIA2 editing, and Adar2 knockout mice demonstrate an ALS­like phenotype, which  is rescued upon exogenous expression of edited Gria2. GRIA2 and several other mRNA A to I editing targets  have been studied for more than twenty years, and over the last four years transcriptome­wide surveys of A to  I editing have provided evidence for many more mRNA targets. Despite this motivation, much basic information  about the biology of this important mRNA regulatory process, including its sub­cellular localization, timing  relative to transcription, and association with other regulatory factors, remains unknown largely due to the limits  of experimental techniques.   Recently, our laboratory described a fluorescence ​in situ ​hybridization method for visualizing and  quantifying single­nucleotide variants (SNVs) in single cells using a novel probe hybridization strategy known  as SNV FISH. We are leveraging inosine's structure as a guanosine analog to adapt SNV FISH to the analysis  of A to I editing in a protocol we refer to as inosine FISH (iFISH). Our preliminary data show that we can use  iFISH to specifically identify edited and unedited GRIA2 transcripts i​n situ ​in cultured cells. In this project, we  are quantifying sub­single­cellular trends in A to I editing of known targets, such as GRIA2 and mRNA targets  newly identified in transcriptome­wide screens. Specifically, we are using iFISH to measure single­cell editing  rate distributions, to visualize sub­cellular localization patterns of edited mRNAs, and to measure editing timing  relative to transcription. We are also studying the effect of ADAR2 on sub­cellular GRIA2 trafficking. Lastly, we  are applying our novel method toward better characterizing perturbations of GRIA2 editing in individual motor  neurons in ALS lesions by extending the use of iFISH to fixed sections of post­mortem brain and spinal cord  tissue samples from healthy and diseased donors.
项目摘要 尽管研究了数十年,但mRNA编辑的许多基本生物学仍然未知,由于 现有实验方法的局限性。腺苷到肌苷(a至i)腺苷的编辑结果 脱氨酸是由脱氨酶(例如ADAR酶)催化的,是最常见的形式之一 RNA的转录后化学修饰,通常称为RNA编辑。我编辑是必不可少的 不仅对于非编码RNA函数,例如RRNA和TRNA高阶结构稳定,还用于 转录后mRNA调节。例如,编码AMPA的GLUR2亚基的Gria2 谷氨酸受体,在其编码序列中具有高度保守的ADAR2TARGETING编辑位点。扰动 直系同源的大鼠gria2编辑事件导致神经功能障碍。在肌营养性侧面的人 硬化症(ALS),许多受疾病的运动神经元因谷氨酸钙而死亡 毒性且具有不足的Gria2编辑,而ADAR2敲除小鼠表现出Alslike的表型,该表型 在编辑的gria2的外源表达后被救出。 gria2和其他几个mRNA A到我编辑目标 已经研究了二十多年,在过去的四年中 我编辑为更多的mRNA靶标提供了证据。尽管有这种动机,但许多基本信息 关于这个重要的mRNA调节过程的生物学,包括其亚细胞定位,时机 相对于转录以及与其他监管工厂的关联,在很大程度上仍然未知 实验技术。 最近,我们的实验室描述了一种可视化和的荧光原位杂交方法 使用新型探针杂交策略已知的单个细胞中量化单核苷酸变体(SNV)已知 作为SNV鱼。我们正在利用Innosine的结构作为鸟嘌呤类似物,以使SNV鱼适应分析 我在协议中进行编辑的A中,我们称为Inosine Fish(Ifish)。我们的初步数据表明我们可以使用 在培养的细胞中特异性地识别和未经编辑的gria2转录本。在这个项目中,我们 正在量化A至I编辑已知靶标的下细胞趋势,例如GRIA2和mRNA靶标 在整个转录组屏幕上新识别。特别是,我们正在使用IFISH测量单核编辑 速率分布,可视化编辑mRNA的亚细胞定位模式,并测量编辑时间 相对于转录。我们还研究了ADAR2对亚细胞格里亚2型运输的影响。最后,我们 正在应用我们的新方法来更好地表征单个电动机中的gria2编辑扰动 通过扩展使用IFISH到固定截面的固定截面的ALS病变中的神经元 来自健康和患病供体的组织样品。

项目成果

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