Diss. ETH - ETH E

Diss. ETH
<2x3>
Diss. ETH No 12377
THE ROLE OF RNA-BINDING
MOUSE
PROTEINS TIA-1
AND TIAR IN
DEVELOPMENT
A dissertation submitted to the
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZURICH
for the
degree
of
Doctor of Life Sciences
presented by
Andreas R. P. Beck
dipl.
born
Natw. ETH
May 19,
1967
citizen of Luzern/LU and Sursee/LU
accepted
Prof. Dr.
on
the recommendation of
Kaspar
H.
Winterhalter, examiner
Prof. Dr. Michel Streuli, coexaminer
Prof. Dr. Jean-Claude
Perriard, coexaminer
1997
I
SUMMARY
SUMMARY
usually associated
RNA is
RNA-binding proteins
with
ribonucleoprotein (RNP) particles
revealed
of different
variety
a
RNA-binding proteins.
The RNA molecules
are
the role for many of these
examples with specific
RNA-binding
These include
functions.
transcription, splicing, nucleocytoplasmic transport, translational
activation, RNA stability, and RNA degradation.
proteins play
a
key
role
mental retardation
Drosophila, RNA-binding
In vertebrates, little is known
during development.
is caused
syndrome
and is characterized
proteins
In
RNA-binding proteins during development. The fragile
about the function of
elav-like
led to the identification
conferring RNA binding.
Although
is unknown, there
control of
protein
particles
RNP
regulatory sequences that represent specific binding sites
themselves contain
proteins
Systematic analysis of
.
RNA-binding proteins and
of families of structural motifs
for
to form structures called
by
by
lack of
expression
of
RNA-binding
an
neural defects and macroorchidism.
is present in mammalian neuronal
X
cells, although
A
family of
not much is
known about their function.
Analysis of TIA RNA-bindina proteins.
TIAR
(TIA-1 related)
RRM/RNP motif
regulation
closely
two
are
family originally
of cell survival and
TIA-1
(T-cell
related
antigen-1)
intracellular
apoptosis. The aim of
implicated
this thesis
was
to
function of TIA-1 and TIAR
during
1 and TIAR in the
revealed that the murine TIA-1 and TIAR
mouse
mouse
similar to their human counterparts.
the
amounts of TIAR also
mouse
Analysis
of TIA-1 and TIAR
Knowledge
into thirteen
of the gene structure
revealed
development,
viability.
split
are
through homologous
mice
being present
spleen
recombination.
that
as
was
both
Whereas the
both
TIA-1
tia-1-1'
and
exons
are
highly
expression
and testis, with
distributed
are
over
structurally
about 25 kb.
used to inactivate the tia-1 and tiar genes
Analysis
and
TIAR
tiaH-
surviving tia-H'
smaller than their littermates
study the
in the liver. Characterization of
tia-1 and tiar genes demonstrated that these genes
similar and both
in the
development. Characterization of TIA-
revealed abundant expression of both proteins in brain,
significant
of the
RNA-binding proteins
identified in humans and
and
of the TIA-1 and TIAR knockout
play important
mice have
mice
roles
significantly
appear normal, the tiaH'
throughout development,
during
reduced
a
mice
but attain similar
are
weights
8.
SUMMARY
after
reaching
analysis
adulthood.
reveals
the stromal
a
The adult
complete
lack of
tiaH'
mice
sterile, and histological
are
oogonia and spermatogonia,
components of the male and female gonads
gross structures of the sexual organs appears normal.
cells in normal
day
7.5 in the
the
hindgut
embryos,
the
primordial germ cells,
extraembryonic
mesoderm and after
genital ridges,
to the
where
they
development
of
primordial germ
The
are
present and the
progenitors of germ
first found at
arrive around
cells
though
embryonic
gastrulation migrate through
and establish themselves to later differentiate into
The
are
even
embryonic day
11.5
oocytes and spermatozoa.
during
the
migratory phase
is
tiaH' embryos. Only a few primordial germ cells are present at the
genital ridge of tiaH' embryos at embryonic day 11.5, and none can be found at
impaired
in
embryonic day
populate
the
13.5.
In normal
wildtype genital ridge
impair primordial
germ cell
mice about 25'000
at
embryonic day
development during
found in the genes for the c-kit/steel
the
primordial
13.5.
Mutations known to
migratory phase
are
also
receptor/ligand pair, suggesting
involvement of TIAR in the control of the cellular response to
signaling.
germ cells
an
growth factor
Furthermore, the structural similarity between Drosophila elav and
TIAR suggests that TIAR could have
development
as
elav has in neuronal
a
similar function in
development.
primordial germ cell
1
ZUSAMMENFASSUNG
ZUSAMMENFASSUNG
RNS
ist
komplexiert
normalerweise
ribonukleoprotein (RNP) -Strukturen.
systematische Analyse
Die
Kontrollsequenzen,
die verschiedenen
die
Bindungstellen fur Proteine darstellen und
ihres Metabolismus
Aspekte
Beispiele
Funktionen.
Diese
Spleissens,
reguliert
beinhalten
Stabilitat und des Abbaus
RNS-bindende
wichtige
Funktion
von
"fragile
von
Proteine
Funktionen
Das
RNS-bindenden
von
die
Regulation
in
der
es
einige gut
mit wohldefinierten
Transkription,
des
der Translation,
der
der
Drosophila Embryonalentwicklung
In Vertebraten ist
nur
X mental retardation
syndrome"
Proteinen kommt in Nervenzellen
von
Embryonalentwicklung.
ist verursacht durch fehlende
Eine Familie
Saugern
bekannt iiber die
wenig
RNA-bindenden Proteinen wahrend der
eines RNS-bindenden Proteins.
Expression
gibt
Obwohl die
RNS.
uben
aus.
uber welche
werden.
Proteinen
nukleocytoplasmatischen Transports,
des
der RNP-
Die RNS Molekule ihrerseits enthalten
in Familien.
zellulare Funktion vieler dieser Proteine unbekannt ist,
untersuchte
so
Strukturmotiven
Domanen und
Identifizierung RNS-bindender
Einteilung
sowie deren
bildet
und
Menge verschiedener RNS-bindender Proteine zutage
Strukturen brachte eine
und erlaubte die
Proteinen
mit
vor, aber
von
Elav-ahnlichen
wenig ist uber deren
Funktion bekannt.
Analvse
der TIA
RNS-bindenden
antigen")
und TIAR
(fur
proteine
und
Menschen
gehoren
zur
der
Embryonalentwicklung
Die
ergab,
Analyse
(fur "T-cell
intracellular
related") sind zwei eng verwandte RNS-bindende
und
in
Sie wurden
Zusammenhang
mit der
urspriinglich
Regulation
Funktion
der Maus.
Die
von
TIA-1
Charakterisierung
und
von
TIAR
in
im
von
Apoptose der Zelle gebracht. Das Ziel dieser Dissertation
Untersuchung
der Maus
TIA-1
RRM/RNP-motiv Familie.
nachgewiesen
Uberleben und
die
"TIA-1
Proteine.
war
der
TIA-1 und TIAR in
dass sich die Maus- und die Menschformen sehr ahnlich sind.
der TIA-1 und TIAR
Expression zeigte dass beide
im
Gehim, der
Milz, und den Hoden stark exprimiert werden, und TIAR wird zusatzlich in der
Leber
vorgefunden.
Die
Charakterisierung
der tia-1 und tiar Gene
ergab,
dass
sich die beiden Gene strukturell ahnlich sind und beide 13 Exonen verteilt uber
1Q
ZUSAMMENFASSUNG
etwa 25 kb enthalten
Beide Gene wurden in der Maus durch
.
tia-H'
Rekombination inaktivert.
tia-H'
Mause sind steril
Die
Mause normal
aufgrund
grobe Struktur
des Fehlens
primordialen Keimzellen sind
Tag
7.5
der
Embryos
zu
Embryonalentwicklung
Spermatozoa differenzieren.
Die
Wanderphase
ist in
wahrend der
primordiale
Keimzellen
Embryonal-entwicklung
finden sich dann
Rezeptor
legt
die
Signal
ca.
und seinem
Entwicklung
von
im
sind
an
den
und konnen
zum
ersten Mai am
Mesoderm
etablieren
Genitalanlagen
den
in den
Liganden,
einer Funktion
spater
sie sich
Keimzellen wie
Funktion
von
von
Elav in der
am
Oozyten
zu
Tag
und
Entwicklung der primordialen Keimzellen
tiaH' Embryonen gestort. Nur wenige
vorhanden und keine
25'000
und
wo
am
Tag 13.5,
Genitalanlagen.
dem Steel Faktor,
von
Tag
am
im
TIAR
11.5
der
wildtyp Embryo
Mutationen im c-kit
hemmen ebenfalls die
wahrend der
Wanderphase.
Dies
TIAR in der Antwort der Zelle auf ein
durch ein Wachstumshormon wie dem Steel Faktor nahe.
ahnlichen
Die
wahrend der
extraembryonischen
wird auf Grund der strukturellen Ahnlichkeit zwischen
eine
tiaH'
scheint normal.
Genitalanlagen,
primordialen Keimzellen
Moglichkeit
Mause
Spermatogonien und Oogonien.
von
wildtyp Mausen
tiaH'
Nach der Gastrulation wandern sie durch den Hinterleib
des sich entwickelnden
der
von
signifikant
Die erwachsenen
Vorlaufer der Keimzellen
die
Embryonalentwicklung
beobachtet werden.
11.5
Entwicklung.
Geschlechtsorgane hingegen
der
Embryonalentwicklung
sein scheinen, sind die
zu
wahrend ihrer ganzen
untergewichtig
Mause haben eine
Wahrend die uberlebenden aufwachsenden und
reduzierte Uberlebensrate.
erwachsenen
tiaH'
and
homologe
in
der
Drosophila
Entwicklung
von
Neuronalentwicklung erwogen.
Zusatzlich
Elav und TIAR
primordialen