Effects of KIF2A protein isoforms and Kif2a disease mutations on neuronal function

Abstract

RNA'ya bağlanan proteinler (RNABP), RNA tanıyan motif içeren sitoplazmik ve çekirdek proteinleridir. Bu proteinler tek veya çift-sarmal RNA'ya bağlanıp ribonükleoprotein kompleksini oluştururlar. RNABP'lerden biri de nElavl (neuronal Embryonic Lethal and Abnormal Vision) familyasından Elavl2, Elavl3 ve Elavl4'tür. nElavl proteinleri çok sayıdaki nöronal pre-mRNA'ların belirli intronik sekanslarına bağlanarak alternatif kırpılmasını düzenler. nElavl proteinlerinin başlıca hedefi olan Kinesin süperfamilya protein 2a (Kif2a) pre-mRNA'sı, aksonal dallanma, budanma ve korteks gelişiminde rolü olan gen tarafından kodlanır. Elavl3/4 çift nakavt farelerde, ekson 18 alternatif kırpılması ve bununa ilişkin mRNA izoform miktarında değişiklik görülmüştür. Kif2a geni sitoplazmada mikrotübül depolimerazı olarak görev yapan motor proteinini kodlar. KIF2A akson dallanmasını ve uzamasını baskılar ve kif2a nakavt nöronlar ektopik akson dallanması ve hedef bölgelerde fazladan sinaps oluştururlar. İnsanlarda, Kif2a mutasyonları kusurlu korteks gelişimine neden olurlar. Farklı KIF2A izoformlarının fonksiyonel rolleri hakkında şuanda kesin bir bilgi yoktur. Bu çalışmada genom bazında KIF2A proteininin bağlandığı diğer protein partnerlerini tanımladık ve KIF2A izoformlarının farklı fonksiyonel rollerini araştırdık. Daha sonra, hastalık yaratan Kif2a mutasyonlarının hücresel etkilerini araştırdık. Sonuçlarımız, KIF2A proteininde ekson 18'in kullanılmasının bağlanılan protein partnerlerini etkilediği; fakat hücre içi yerleşimini etkilemediğini göstermektedir. Son olarak, primer nöron kültürlerinde, Kif2a geninin motor bölgesindeki mutasyonun anormal KIF2A protein yerleşimine neden olduğunu gösterdik. Sonuçlarımız, nöronal hucre iskeletini düzenleyen moleküler mekanizmaları ve bunların korteks gelişimini nasıl etkilediğini anlamamız için ışık tutacaktır.

RNA binding proteins (RNABP) are cytoplasmic and nuclear proteins that contain RNA recognition motifs (RRM). They bind to either single or double-stranded RNA and form ribonucleoprotein complexes. Elavl2, Elavl3 and Elavl4 are family members of a highly abundant nElavl (neuronal Embryonic Lethal Abnormal Vision-Like) RNABP. nElavl proteins regulate alternative splicing of numerous neuronal pre-mRNAs, by binding to specific intronic sequences. One of the major targets of nElavl is Kinesin superfamily protein 2a (Kif2a) pre-mRNA, encoded by a gene with roles in axonal branching, pruning and cortical development. In Elavl3/4 double knockout mice Kif2a alternative splicing at exon 18 and consequently relative mRNA isoform abundance is altered. Kif2a gene encodes a motor protein, which in the cytoplasm acts as a microtubule depolymerase. KIF2A represses axon branching and elongation and Kif2a knock-out neurons display ectopic axonal branching and extra synapses at target regions. In humans Kif2a mutations cause malformations of cortical development. Currently, our understanding of the functional roles of different KIF2A isoforms is completely unknown. Our goal in this study was to identify differential functional roles for KIF2A protein isoforms by identifying their protein binding partners at a genome-wide level. Further we aimed to understand the cellular effects of disease causing Kif2a mutations. Our results demonstrated that the usage of exon18 in KIF2A protein affects the nature of its interacting protein partners; however it did not change KIF2A subcellular localization. Finally, humanized mutations in the motor domain of mouse Kif2a gene in primary cortical neurons resulted in abnormal KIF2A protein localization. Our results will shed light in understanding the molecular mechanisms by which the neuronal cytoskeleton is regulated and how it affects cortical development.