MKRN3 inhibits puberty onset via interaction with IGF2BP1 and regulation of hypothalamic plasticity

Abstract

Makorin ring finger protein 3 (MKRN3) was identified as an inhibitor of puberty initiation with the report of loss-of-function mutations in association with central precocious puberty. Consistent with this inhibitory role, a prepubertal decrease in Mkrn3 expression was observed in the mouse hypothalamus. Here, we investigated the mechanisms of action of MKRN3 in the central regulation of puberty onset. We showed that MKRN3 deletion in hypothalamic neurons derived from human induced pluripotent stem cells was associated with significant changes in expression of genes controlling hypothalamic development and plasticity. Mkrn3 deletion in a mouse model led to early puberty onset in female mice. We found that Mkrn3 deletion increased the number of dendritic spines in the arcuate nucleus but did not alter the morphology of GnRH neurons during postnatal development. In addition, we identified neurokinin B (NKB) as an Mkrn3 target. Using proteomics, we identified insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 1 (IGF2BP1) as another target of MKRN3. Interactome analysis revealed that IGF2BP1 interacted with MKRN3, along with several members of the polyadenylate-binding protein family. Our data show that one of the mechanisms by which MKRN3 inhibits pubertal initiation is through regulation of prepubertal hypothalamic development and plasticity, as well as through effects on NKB and IGF2BP1.

Caracterização clínica e genética da puberdade precoce central familial

“…28,65 Como detalhado na seção 1.2.2.2.1, distintos mecanismos pelos quais o MKRN3 inibe a secreção do GnRH foram propostos, e mais estudos são ainda necessários para melhor compreensão da regulação puberal por esse que é hoje o mais importante gene associado à PPC. [65][66][67][68] Em contraste, a expressão do Dlk1 no MBH e POA aumentou em camundongos machos e fêmeas entre a infância e a idade adulta, confirmando achados prévios de Villanueva et al 92 Esse padrão de crescente expressão ao longo da maturação sexual foi inesperado, uma vez que mutações inativadoras do DLK1 levam à reativação prematura do eixo HHG. 29,[86][87][88][89] Curiosamente, um estudo previamente realizado pela fêmeas, assim como durante a maturação puberal das fêmeas.…”

“…Os autores do estudo identificaram as PABPC1, PABPC3 e PABPC4 como substratos de ubiquitinação do MKRN3, que atenua a capacidade de ligação dessas proteínas à cauda poly(A) do mRNA do GNRH1, comprometendo a formação do complexo de iniciação da tradução desse gene. 68 Posteriormente, Naulé et al 66 confirmaram a interação do MKRN3 às PABPs e também à proteína ligadora 1 do fator de crescimento insulino-símile 2 (IGF2BP1). 66 É interessante notar que as PABPs e o IGF2BP1 são componentes de um complexo essencial para a regulação da tradução do mRNA.…”

“…68 Posteriormente, Naulé et al 66 confirmaram a interação do MKRN3 às PABPs e também à proteína ligadora 1 do fator de crescimento insulino-símile 2 (IGF2BP1). 66 É interessante notar que as PABPs e o IGF2BP1 são componentes de um complexo essencial para a regulação da tradução do mRNA. 66 Entre outros estudos que também investigaram os mecanismos de ação do MKRN3 na regulação puberal, é interessante citar um estudo finlandês que demonstrou interação do MKRN3 com 20 proteínas codificadas por genes associados à regulação do início da puberdade, dentre eles o LIN28B.…”

“…66 É interessante notar que as PABPs e o IGF2BP1 são componentes de um complexo essencial para a regulação da tradução do mRNA. 66 Entre outros estudos que também investigaram os mecanismos de ação do MKRN3 na regulação puberal, é interessante citar um estudo finlandês que demonstrou interação do MKRN3 com 20 proteínas codificadas por genes associados à regulação do início da puberdade, dentre eles o LIN28B. 70 As mutações do MKRN3 foram amplamente estudadas desde sua primeira descrição, tendo sido descritas em mais de 150 pacientes de diversas nacionalidades, sendo consideradas hoje a causa genética mais comum de PPC, com uma prevalência estimada em torno de 10% dos casos e uma frequência ainda maior entre os casos familiais, estimada em até 33% a 46%.…”

“…TAC3 e seus produtos codificados, kisspeptina e NKB, em camundongos com deleção do Mkrn3 no alelo paterno (Mkrn3-KO), observando um aumento nas concentrações do NKB no ARC de camundongos Mkrn3-KO aos 25 dias de vida em relação aos controles 66. Os autores demonstraram, ainda, um aumento no número de terminais dendríticos no ARC de camundongos Mkrn3-KO, sugerindo que o Mkrn3 possa ter papel na regulação da neuroplasticidade no desenvolvimento no ARC desses animais 66. …”