Abstract:

Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is a CTG microsatellite expansion (CTGexp) disorder caused by expression of CUGexp RNAs. These mutant RNAs alter the activities of RNA processing factors, including MBNL proteins, leading to re-expression of fetal isoforms in adult tissues and DM1 pathology. While this pathogenesis model accounts for adult-onset disease, the molecular basis of congenital DM (CDM) is unknown. Here, we test the hypothesis that disruption of developmentally regulated RNA alternative processing pathways contributes to CDM disease. We identify prominent alternative splicing and polyadenylation abnormalities in infant CDM muscle, and, although most are also misregulated in adult-onset DM1, dysregulation is significantly more severe in CDM. Furthermore, analysis of alternative splicing during human myogenesis reveals that CDM-relevant exons undergo prenatal RNA isoform transitions and are predicted to be disrupted by CUGexp-associated mechanisms in utero. To test this possibility and the contribution of MBNLs to CDM pathogenesis, we generated mouse Mbnl double (Mbnl1; Mbnl2) and triple (Mbnl1; Mbnl2; Mbnl3) muscle-specific knockout models that recapitulate the congenital myopathy, gene expression, and spliceopathy defects characteristic of CDM. This study demonstrates that RNA misprocessing is a major pathogenic factor in CDM and provides novel mouse models to further examine roles for cotranscriptional/post-transcriptional gene regulation during development.

日本語要旨:

筋強直性ジストロフィー1型はCTG反復配列が伸長する疾患であり、RNAでのCUG反復配列の慎重によって引き起こされる。従来不明であった先天性筋強直性ジストロフィーの分子的機序について、発生学的に調整されているRNA選択的プロセシング経路が一因となっているという仮説を今回検証した。さらに、ヒトの筋形成における選択的スプライシングの解析により、先天性筋強直性ジストロフィーに関連するエクソンは、出生前のアイソフォームの移行を行うことが明らかになり、CUG繰り返し配列の伸長に関連した機序により子宮内で障害されると予想される。この可能性を検証し、MBNLの先天性筋強直性ジストロフィーへの関与を調べるため、Mbnl double (Mbnl1; Mbnl2) とtriple (Mbnl1; Mbnl2; Mbnl3) 筋特異的ノックアウトモデルを作成した。そしてそれらのモデルでは、先天性筋強直性ジストロフィーの先天性ミオパチー症状、遺伝子の発現、スプライス異常がみられた。この研究では、RNAのプロセシング障害が先天性筋強直性ジストロフィーの主要な病因であることを明らかにし、そして発生段階での転写時もしくは転写後の遺伝子発現の役割を調べるための新しいモデルマウスが作成された。