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Titelaufnahme

Titel
Identification of differentially expressed non-coding RNAs in human diseases / MSc. Rimpi Khurana
VerfasserKhurana, Rimpi
Begutachter / BegutachterinnenTrajanoski, Zlatko ; Lusser, Alexandra
Betreuer / BetreuerinnenHüttenhofer, Alexander
ErschienenInnsbruck, January 2017
Umfang120 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftMedizinische Universität Innsbruck, Dissertation, 2017
Datum der AbgabeJanuar 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)ncRNAs / Multipler System Atrophy (MSA) und chronischer Niereninsuffizienz (CKD) / Microarray analysiert / Exosomen / bioinformatisch analysiert
Schlagwörter (EN)ncRNAs / Multiple System Atrophy (MSA) and Chronic Kidney Disease / Microarray analysis / Exosomes / bioinformatic analysis
Schlagwörter (GND)Non-coding RNA / Multisystematrophie / Chronische Niereninsuffizienz / Bioinformatik / Biomarker
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-17689 Persistent Identifier (URN)
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Identification of differentially expressed non-coding RNAs in human diseases [10.1 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Mehr als 75% des menschlichen Genoms wird von DNA in RNA transkribiert aber nur 2% kodieren für Proteine. Der größte Teil des Transkriptoms ist somit nicht protein-codierend und wird als non-coding RNA (ncRNA) bezeichnet. Eine Vielzahl von Studien konnte zeigen, dass viele dieser ncRNAs wichtige regulatorische Funktionen erfüllen. Viele dieser Funktionen werden mit unterschiedlichen Krankheiten in Verbindung gebracht. ncRNAs können in Tumorgenese, neurologischen Erkrankungen, Entwicklungsstörungen und anderen Erkrankungen eine entscheidende Rolle spielen und daher unterschiedlich exprimiert sein. Ein Hauptaugenmerk der diesbezüglichen RNA-Forschung lag bisher auf der Klasse der microRNAs (miRNA), welche die Genexpression auf unterschiedliche Weise beeinflussen können. Andere Klassen der ncRNAs wurden bis jetzt kaum oder nur wenig untersucht. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Dissertation neue ncRNAs zu identifizieren und analysieren, die im Zusammenhang mit Multipler System Atrophy (MSA) und chronischer Niereninsuffizienz (CKD) stehen.

Zur Identifikation differentiell exprimierter ncRNAs in MSA wurde RNA aus zwei verschiedenen Hirnregionen, Striatum und Substantia Nigra (SN), von genetisch veränderten Mäusen isoliert, die als Modelsystem für MSA gelten. Das Striatum und die SN, sind Gehirnareale, die im Verlauf der Krankheit starker Neurodegeneration unterliegen. Die RNA wurden mittels Microarray analysiert und die Ergebnisse bioinformatisch, basierend auf der R Bioconductor Plattform, im Speziellen mit Limma und MmPalateMiRNA, ausgewertet.

Dadurch konnten 33 differentiell exprimierte miRNAs im Striatum und 59 miRNAs in SN identifiziert werden. Darüber hinaus wurden anhand von mRNA Sequenzierungen und Microarrays, die Expression von mRNAs untersucht. Die Zusammenhänge der Regulation neuer ncRNAs und den mRNAs wurde bioinformatisch analysiert und es konnten verschiedenste Prozesse identifiziert werden, welche eine entscheidende Rolle beim Verlauf von MSA spielen könnten.

Im zweiten Teil der Dissertation wurden differentiell exprimierte ncRNAs im Zusammenhang mit CKD untersucht. Die RNA für die Analyse wurde aus Exosomen aus Patientenurin isoliert, sequenizert und die Reads mittels eines eigens dafür entwickeltem Software Paket, ncRNASeqScan, analysiert. Dies ermöglichte die Identifikation neuer ncRNAs welche aufgrund der Krankheit unterschiedlich exprimiert werden und daher auch als potentielle Marker für sehr frühe Stadien der Krankheit verwendet werden können.

Zusammenfassung (Englisch)

Recent transcriptome studies have elucidated that the human genome is pervasively transcribed and generates thousands of non-protein-coding RNA transcripts (ncRNAs), which are proposed to be involved in a variety of regulatory processes associated with human diseases. Thereby, several studies have shown that ncRNAs play important roles in tumorigenesis, neurological and developmental disorders, cardiovascular diseases, renal, kidney diseases or other disorders, respectively. To date, these studies have focused primarily on profiling microRNAs (miRNAs) expression patterns. However, not much is known about other classes of ncRNAs that are involved in human diseases. Therefore, work focused on the identification of regulatory ncRNAs, in addition to microRNAs, involved in two human diseases: Multiple System Atrophy (MSA) and Chronic Kidney Disease (CKD), respectively.

To identify regulatory ncRNAs in an MSA mouse model, differential expression of ncRNAs was investigated by microarray analysis of substantia nigra (SN) and striatum, two brain regions that undergo neurodegeneration at a later stage of the disease in an MSA model. Thereby, in total, 33 differentially expressed microRNAs were identified in striatum and 59 miRNAs in SN. In addition, differential expression of mRNAs was bioinformatically analysed based on RNA-seq and mRNA microarray data from striatum and SN samples, respectively. Subsequently, miRNA-mRNA interactions were computationally predicted and were shown to be involved in specific biological processes linked to MSA. The negatively regulated miRNA-mRNA pairs were associated with immune system processes, in the very early non-symptomatic disease stages of MSA (SN and striatum). The early stages of MSA also showed association with homeostasis and oxidative stress in SN whereas protein handling, metabolism, transmembrane transport, cell death were linked to the striatum, respectively.

To identify differentially expressed ncRNAs in CKD, expression analysis was performed by RNA-seq from urinary exosomes of CKD patients or healthy controls, respectively. For RNA-seq analysis, we developed a novel computational pipeline, designated as ncRNASeqScan. ncRNASeqScan identifies novel ncRNAs such as miRNAs, tRNAs, tRNA fragments (tRFs), mitochondrial tRNAs, or lincRNAs, respectively. In this analysis, 30 differentially expressed ncRNAs were identified from urinary exosomes as suitable biomarkers for early diagnosis in CKD patients. Employing a cell culture system for CKD demonstrated that urinary exosomes might indeed originate from renal proximal tubular epithelial cells.

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