The mechanical regulation of mRNA homeostasis in heart failure

Fabiana Martino, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Mezi charakteristické patologické změny doprovázející srdeční choroby patří výrazné přestavby, změny kompozice a mechanických vlastnost mezibuněčné hmoty (ECM), což může vést až k selhání vlastního orgánu. Kardiomyocyty reagují na tento bio-mechanický stres změnami exprese fetálních kontraktilních proteinů, změnami na úrovni transkripce a post-transkripčních procesů, jako je alternativní sestřih (AS) pre-mRNA. V této studii, která je zaměřena na ischemické a chronické srdeční patologie popisujeme změny exprese RBP “ heterogeního jádrového ribonukleoproteinu C“ (hnRNPC). Zjistili jsme, že hnRNC, jemuž byla doposud připisována především role RNA sestřihového faktoru, se v případě patologických změn ECM přesunuje a lokalizuje do oblasti Z disku sarkomer. Jak jsme dále zjistili, účastní se zde procesu “lokalizované translace” mRNA molekul, kódujících sarkomerické proteiny. Popsali jsme, že změny exprese hnRNPC ovlivňují sestřih mnoha mRNA molekul, které se účastní mechano-stimulačních přenosů a jiných procesů doprovázejících kardiovaskulární choroby. Průkazem, že vlastní lokalizace hnRNPc a jeho funkčnost je mechanicky regulovatelná odkrýváme, že regulace přestavby ECM působí jako spínací mechanismus metabolismu RNA a to prostřednictvím dalších regulačních proteinů sestřihového aparátu. Tyto objevy přináší nový pohled na molekulární mechanismy mechano-regulace homeostázy mRNA doprovázející patologické srdeční stavy.

Abstract:

Cardiac pathologies are characterized by intense remodeling of the composition and mechanics of the extracellular matrix (ECM), a process eventually leading to organ failure. Cardiomyocytes respond to the biomechanical stress posed by cardiac remodeling by re-expressing fetal contractile proteins, by transcriptional and post-transcriptional processes, like alternative splicing (AS). In this study, we show ischemic and chronic cardiac pathologies are accompanied by the altered expression of the RNA binding protein (RBP) heterogeneous nuclear ribonucleoprotein C (hnRNPC). We demonstrate that hnRNPC, best known for its role as a splicing factor, relocates to the sarcomeric Z-disc upon pathological ECM remodeling. At this site, the protein participates to the localized translation of mRNAs encoding for sarcomeric proteins. We show the altered expression of hnRNPC affects the splicing of a number of mRNAs involved in mechanotransduction and cardiovascular diseases. By demonstrating hnRNPC localization and function can be mechanically controlled, we thus propose that ECM remodeling induce a switch in RNA metabolism by directly impacting on an associated regulatory protein of the spliceosome apparatus. These findings offer novel insights on the molecular mechanism of the mechanical regulation of mRNAs homeostasis in pathological conditions.

Keywords

heart failure, localized translation, mechanotransduction, RNA-binding proteins, hnRNPC, alternative splicing, mRNA homeostasis

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 10. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 3. 12. 2020
• Supervisor: Ph.D. Giancarlo Forte
• Reader: doc. Mgr. Štěpánka Vaňáčová, Ph.D., Professor Costanza Emanueli

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Biomedical sciences / Biochemistry and Molecular Biology