Studying the roles of microRNAs in human neurogenesis by perturbing their biogenesis

MicroRNAs (miRNAs) sind kleine, nicht-kodierende RNAs, die eine entscheidende Rolle in der zelltyp-spezifischen Genregulation spielen und im Gehirn von Säugetieren besonders häufig vorkommen. Obwohl sie in Tiermodellen intensiv untersucht wurden, ist ihre regulatorische Rolle in der frühen menschlichen neuronalen Entwicklung bislang kaum erforscht. Um diese Lücke zu schließen, analysierte ich die mRNA- und miRNA-Expression während der Entwicklung und Reifung humaner Vorderhirn-Organoide. Die Organoide zeigten miRNA-Signaturen, die die humane Neurogenese widerspiegeln: neuronale miRNAs wie miR-9, miR-124 und die let-7-Familie waren in späteren Stadien angereichert, während stammzell-spezifische miRNAs wie miR-302 abnahmen. Der Vergleich mit publizierten fetalen Datensätzen zeigte zunehmende Ähnlichkeit mit fortschreitender Organoid-Reifung, besonders bei neuronen-spezifischen miRNAs. Sowohl miRNAs als auch zentrale Biogenese-Komponenten zeigten oszillierende Expression mit einem Höhepunkt während der neuronalen Differenzierung. Um den zeitlichen Bedarf von miRNAs zu testen, störte ich die globale miRNA-Produktion in zwei Entwicklungsstadien – neuronale Induktion (NI) und neuronale Differenzierung (ND) – durch Überexpression einer dominant-negativen DROSHA-Mutante. Die Perturbation während der NI führte zu weitreichender Fehlregulation von miRNAs und Transkripten, insbesondere im Zusammenhang mit WNT-Signalwegen, während die Effekte bei ND-Perturbation deutlich milder waren – ein Hinweis auf ein kritisches Zeitfenster für miRNA-vermittelte Regulation. Einzelzell-RNA-Sequenzierung bestätigte eine stärkere Abweichung von der Vorderhirn-Identität in NI-perturbierten Organoiden. Insgesamt liefert diese Studie die erste umfassende Untersuchung miRNA-vermittelter Genregulation in frühen Phasen der menschlichen Gehirnentwicklung und legt nahe, dass miRNAs essenziell für die zeitgerechte neurogene Festlegung sind. local.z-form-abstract2eng.txt