A new mechanism for regulating mRNA translation in the mammalian CNS:

Abstract tesi PhD Dr. Zalfa Francesca A new mechanism for regulating mRNA translation in the mammalian CNS: a role for the Fragile X Mental Retardation Protein FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein) è una proteina che lega gli RNA altamente espressa nel cervello. L’assenza o la mutazione di FMRP causa la sindrome dell’X fragile, una disfunzione dominante legata al cromosoma X e la più frequente causa di ritardo mentale ereditario (con un’incidenza di 1 su 4000 maschi e di 1 su 6000 femmine). Utilizzando il modello murino della sindrome dell’X Fragile (il topo FMR1 knock-out), ho mostrato che FMRP è un repressore della traduzione in vivo e regola la traduzione di specifici mRNA dendritici e sinaptici, inclusi quelli codificanti le proteine del citoscheletro Arc/Arg3.1, MAP1B e la subunità alfa della chinasi calcio-calmodulina dipendente di tipo II (a-CaMKII). FMRP si associa non solo con questi mRNA bersaglio ma anche con il piccolo RNA dendritico e non tradotto BC1. Il blocco di BC1 inibisce l’interazione di FMRP con i suoi mRNA bersaglio. Inoltre, BC1 si lega direttamente a FMRP e può anche associarsi, in assenza di altre proteine, con gli mRNA regolati traduzionalmente da FMRP. Questo suggerisce un meccanismo di azione in cui la specificità della repressione traduzionale di FMRP è determinata dall’interazione diretta per appaiamento di basi tra BC1 a e gli mRNA da essa regolati. Quindi, quando FMRP non è presente, l’assenza della repressione traduzionale di specifici mRNA alle sinapsi può risultare nelle disfunzioni sinaptiche osservate nei pazienti affetti dalla sindrome dell’X Fragile. Una fine analisi dell’interazione tra la proteina FMRP e l’RNA BC1, condotta tramite esperimenti EMSA, ha permesso di definire che il dominio N-terminale di FMRP si lega direttamente e specificamente all’RNA BC1 (Kdapp= 260 nM). È interessante notare che questo dominio non contiene nessun motivo precedentemente identificato di legame all’RNA, per cui rappresenta a tutti gli effetti un nuovo motivo di legame all’RNA. Inoltre, è stato dimostrato che il legame tra FMRP e BC1 coinvolge la forcina all’estremità 5’ di BC1, una regione che mostra interessanti complementarietà di sequenza con diversi mRNA target di FMRP. Questi risultati dimostrano che il dominio N-terminale di FMRP contiene un nuovo motivo capace di legare specificamente l’RNA e suggerisce che questa regione possa essere coinvolta nella formazione e/o nella stabilizzazione dei duplex BC1-mRNA. Infine, anche l’analogo umano di BC1, chiamato BC200, fa parte del complesso ribonucleoproteico di FMRP umana ed è in grado di legarsi direttamente e specificamente a FMRP in corrispondenza del dominio N-terminale (Kdapp = 360 nM). Questo suggerisce che i due piccoli RNA abbiano lo stesso significato funzionale nelle cellule neuronali, contribuendo ad un più alto livello di regolazione di importanti processi biologici come la regolazione della traduzione dipendente da FMRP a livello delle sinapsi.