Origin and evolution of neural microexons

Abstract

Post-transcriptional networks control multiple aspects of neuronal biology and their deregulation has been associated with human neurological disorders. This thesis focuses on regulation at the level of pre-mRNA splicing, particularly on a recently described programme of neural microexons implicated in autism. In the search for the evolutionary origins of this splicing programme we discovered neural microexons in non-vertebrate animals and a novel protein domain responsible for their regulation, the ‘enhancer of microexons’ or eMIC domain. This domain represents a neofunctionalization of an ancestral splicing factor that originated and was restricted to the neural system in bilaterian ancestors. We provide biochemical evidence for a role of the eMIC domain in 3’ splice site recognition, and profile the regulatory features associated with its mode of splicing regulation in the fruitfly Drosophila melanogaster. Ongoing experiments with loss- and gain-of-function flies for the eMIC domain are unravelling how the microexon programme evolved to control fundamental aspects of neuronal biology in animals.

Las redes génicas post-transcripcionales controlan múltiples aspectos del funcionamiento de las neuronas y han sido asociadas a diversos trastornos neurológicos. En esta tesis estudiamos la regulación a nivel del splicing alternativo del ARN mensajero y en concreto, un programa génico de microexones neurales que puede verse afectado en pacientes con autismo. La búsqueda del origen evolutivo de esta red de splicing nos llevó a encontrar microexones neurales en animales invertebrados y un nuevo dominio proteico encargado de la regulación de microexones al que nombramos eMIC, por sus siglas en inglés. La aparición de este dominio se trata de un caso de neofuncionalización de un factor de splicing ancestral, que se originó y restringió al sistema nervioso en el ancestro común de los animales bilaterales. A su vez, aportamos evidencias bioquímicas del papel del dominio eMIC en el reconocimiento del sitio 3’ de splicing y una caracterización de los elementos reguladores involucrados en la regulación de exones alternativos por el dominio eMIC en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Actualmente estamos realizando experimentos de pérdida y ganancia de función de este dominio en moscas encaminados a comprender cómo este programa de microexones evolucionó para controlar funciones neuronales esenciales de los animales.