Dokument: Genomisch kodierte microRNAs und Viroid-induzierte kleine RNAs in Viridiplantae

Titel:	Genomisch kodierte microRNAs und Viroid-induzierte kleine RNAs in Viridiplantae
Weiterer Titel:	Genomic encoded microRNAs and viroid-induced small RNAs in viridiplantae
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=8221
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080702-120209-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Teune, Jan-Hendrik [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,73 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.06.2008 / geändert 02.07.2008
Beitragende:	Prof. Dr. Steger, Gerhard [Gutachter] Prof. Dr. Martin, William [Gutachter]
Stichwörter:	microRNAs, Viroide, Genomics, RNomics, Pflanzen, Arabidopsis, Regulation,
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Derzeit stellen die microRNAs die wohl wichtigste Gruppe an regulatorischen Molekülen dar, welche die Regulation der Genexpression auf posttranskriptioneller Ebene durch Basenpaarungen zur Ziel-mRNA vermitteln. Sie nehmen eine wichtige Rolle in der Entwicklung (Lee et al., 1993), Stammzell-Differenzierung (Houbaviy et al., 2003), Signaltransduktion (Guo et al., 2005) und diversen Krankheiten wie z. B. Krebs ein (Lu et al., 2005). Die Klasse der microRNAs wurde als erstes in C. elegans von Lee et al. (1993) beschrieben. Seither wurden in immer weiteren Organismen neue microRNA-Familien identifiziert. Dabei zeichnete sich ab, dass es sich bei der Regulation durch microRNAs um einen evolutiv stark konservierten Mechanismus handeln muss. Die Mehrheit der microRNAs ist evolutionär stark zwischen entfernt verwandten Spezies wie Mensch und Wurm, Moosen und höheren Pflanzen konserviert. Viroide sind strukturell, funktionell und evolutiv von den Viren zu unterscheiden. Trotz ihrer nur geringen Größe von 246­401 Nukleotiden und ihrer Unfähigkeit für Proteine zu kodieren, sind sie in der Lage, höhere Pflanzen zu infizieren und unterschiedlichste Krankheitsformen auszulösen (Daros et al., 2006). Viroid-Infektionen gehen mit der Akkumulation kleiner Viroid-spezifischer RNAs einher, wobei davon ausgegangen wird, dass diese die pathogenen Effekte in den infizierten Pflanzen vermitteln (Matousek et al., 2007). In dieser Arbeit sollte uber einen de novo-microRNA-Vorhersageansatz die Hypothese untermauert werden, wonach Viroide und speziell Potato Spindle Tuber Viroid (PSTVd) ihre Pathogenität über kleine Viroid-spezifische RNAs vermitteln. Existierende Vorhersagemethoden (Adai et al., 2005; Dezulian et al., 2006) zur de novo-Identifikation von microRNAs sind für diesen Zweck nicht verwendbar, worin sich die Entwicklung eines neuen Ansatzes begründet. Das in dieser Arbeit entwickelte Programm YET ANOTHER MIRNA PREDICTOR (YAMP) konnte in einer Reihe von Validierungsschritten seine Funktionalität mit herausragender Effizienz unter Beweis stellen, die sich auch in der durchgeführten, genomischen Suche nach neuen möglichen microRNA-kodierenden Bereichen im Modellorganismus Arabidopsis thaliana deutlich zeigen ließ. Es konnten etliche neue microRNA-kodierende Bereiche identifiziert werden, welche in die diversesten Stoffwechsel-physiologischen Prozesse involviert zu sein scheinen. So konnte z. B. eine mögliche microRNA identifiziert werden, die an der Regulation eines Proteins, das an der Lichtantwort in der Zelle beteiligt sein könnte (COP1-Protein, Deng et al., 1991) und somit in die Photomorphogenese der Pflanze involviert ist. Uber die Evolution von microRNAs ist derzeit noch nicht viel bekannt. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass manche microRNAs durch Duplikationsereignisse ihrer Zielgene entstanden sind (Allen et al., 2004). Eine der von YAMP detektierten, neuen microRNAs scheint in der Evolution von Arabidopsis thaliana genau so entstanden zu sein, da der Sequenzbereich, in dem die reife microRNA liegt, eine signifikante Sequenzähnlichkeit zum Zielgen der microRNA aufweist. Die Klassifizierung einzelner PSTVd-Domänen bzw. des Gesamtgenoms als microRNA- Vorläufer durch YAMP konnte neue Indizien erbringen, dass PSTVd in der Wirtspflanze fälschlicherweise als microRNA-Vorläufer erkannt und prozessiert wird. Durch die zusätzlich vorgenommene Lokalisation der Bereiche, die nach dem vorliegenden Modell das Potenzial besitzen, einen reifen RNA-Duplex zu beinhalten, ergab ein Resultat, welches mit den experimentellen Daten von Itaya et al. (2007) korreliert. Es konnte ebenfalls die Terminal-rechte sowie die Pathogenitäts-modulierende Region als Ursprung kleiner RNAs identifiziert werden. Currently, microRNAs are likely the most important molecules that regulate gene expression at the posttranscriptional level by targeting their mRNAs through complementary basepairing interactions and mediate degradation or translational inhibition. They play a crucial role in important biological processes like developmental timing (Lee et al., 1993), stem cell differentiation (Houbaviy et al., 2003), signal transduction (Guo et al., 2005) and diverse disease like cancer (Lu et al., 2005). MicroRNAs are initially discovered in C. elegans (Lee et al., 1993). Since their discovery, more microRNAs are identified in further organisms suggesting that it must be an ultra-conserved regulatory mechanism. The majority of microRNAs is evolutionary conserved between distant related organisms like human and worm, mosses and higher eudicot plants. Viroids are structurally, functionally and evolutionary distinct from viruses. They are capable of infecting higher land plants and cause severe diseases despite their minimal size (256­-401 nucleotides) and lack of protein coding capacity (Daros et al., 2006). Viroid infections are accompanied with an accumulation of small viroid-specific RNAs which implies that they mediate the pathogenic effects in infected plants (Matousek et al., 2007). In this work a computational microRNA prediction method should corroborate this hypothesis whereupon viroids and especially Potato Spindle Tuber Viroid (PSTVd) mediates their pathogenicity through small viroid-specific RNAs. Existing methods for computational de novo prediction of microRNAs (Adai et al., 2005; Dezulian et al., 2006) are not applicable for this purpose thus asking for the development of a new computational method for predicting new microRNAs. The program YET ANOTHER MIRNA PREDICTOR (YAMP) developed in this work exhibits a very good functionality which was demonstrated in several validation steps and was supported by a genomic search for microRNAs in the model organism Arabidopsis thaliana. Several, hitherto unknown new microRNA-coding regions were identified in intronic and intergenic sequence data of Arabidopsis thaliana; these are possibly involved in diverse biological pathways. One of the new microRNA seems to be involved in the regulation of a protein-coding region that exhibits a significant homology to another protein-coding region which is involved in photomorphogenesis (COP1-Protein, Deng et al., 1991). Only little is known about the evolution of microRNA-coding regions in genomes; Allen et al. (2004) claim, however, that some microRNAs are a result of an inverted gene duplication event that formed both arms of the newly evolved microRNA-coding region and that these microRNAs have unique target specificity. One candidate might be a result of such a duplication event because the region surrounding the mature microRNA exhibits a significant sequence similarity to one of the possible target mRNAs. The classification of single PSTVd-domains and the whole PSTVd-genome as a precursor-microRNA yield new indications that PSTVd could misleadingly be detected and processed by the host as a precursor-microRNA, respectively. The additionally conducted localization of regions with the potential to contain a mature RNA duplex with respect to the corresponding model correlated well with experimental results from Itaya et al. (2007). So the terminal right and virulence modulating region could be asserted as these regions, that likely contain the functional mature small RNAs.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie
Dokument erstellt am:	02.07.2008
Dateien geändert am:	02.07.2008
Promotionsantrag am:	01.04.2005
Datum der Promotion:	26.05.2008