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Characterization of a novel long FOXP3 mRNA isoform

Cases, Marcos Daniel

Regulatory T cells (TREGS) are a critical component of the immune system securing immunetolerance and helping reach immunehomeostasis. TREG development and function are intimately related with the expression of the master transcription factor FOXP3. FOXP3 is subject to a tight regulation that takes place at all steps of the gene expression process: transcriptional, post-transcriptional and post-translational levels, including epigenetic regulation in the form of histone modifications and DNA methylation as part of a very intricate regulatory circuitry. In this thesis, I put forward the idea that there is still more to discover about the regulation of this heavily studied gene. Cutting-edge long-read direct RNA-seq (DRS) technology revealed the existence of predicted FOXP3 mRNA variants with different 5´-UTRs. These could have a plethora of biological functions in the cell, from coding to regulatory. The DRS results combined with preliminary expression analysis of FOXP3 mRNA and protein at single cell level suggested that there might be novel lncRNAs produced from this locus too that belong to a special class that lacks a poly(A) tail. Overall, these results unveil that the transcriptional output of the FOXP3 locus is far richer than currently known. Furthermore, single-cell level profiling of FOXP3 mRNA and protein expression suggested that TREGS might exploit transcriptional interference to stop FOXP3 production. If such regulatory mechanism proved to have a profound effect on TREG functionality, it could open avenues for clinical therapies in well-described TREG –dependent contexts
Regulatorische T-Zellen (TREGS) sind ein essentieller Bestandteil des Immunsystems, die zur Aufrechterhaltung der die Immuntoleranz und der Immunhomöostase beitragen Die Entwicklung und Funktion von TREG ist eng mit der Expression des Master-Transkriptionsfaktors FOXP3 verbunden. FOXP3 unterliegt strengen Regulierungsmechanismen, die auf allen Stufen des Genexpressionsprozesses stattfindet: auf transkriptioneller, posttranskriptioneller und posttranslationaler Ebene, einschließlich der epigenetischen Regulierung in Form von Histonmodifikationen und DNA-Methylierung, als Teil eines sehr komplizierten Regelkreises. Es ist anzunehmen,, dass es weitaus mehr über die Regulierung dieses stark untersuchten Gens, FOXP3 zu entdecken gibt. Die Ergebnisse hochmoderner Long-Read-Direct-RNA-Seq (DRS)-Technologien hat die Existenz von vorhergesagten FOXP3-mRNA-Varianten mit unterschiedlichen 5'-UTRs aufgezeigt. Diese könnten eine Vielzahl biologischer Funktionen, von kodierenden bis hin zu regultorischen Funktionen, innerhalb dieser Zelle einnehmen.. Unsere DRS-Ergebnisse in Verbindung mit vorläufigen Expressionsanalysen von FOXP3-mRNA und des FOXP3 -Proteins auf Einzelzellebene deuten darauf hin, dass es auch neuartige lncRNAs geben könnte, die von diesem Locus produziert werden und zu einer speziellen Klasse gehören, die keinen Poly(A)-Schwanz aufweisen. Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Transkriptionsleistung des FOXP3-Locus weitaus umfangreicher ist als bisher angenommen. Darüber hinaus deutet die Profilierung der mRNA- und Proteinexpression von FOXP3 auf Einzelzellebene darauf hin, dass TREGS die Transkriptionsinterferenz nutzen könnten, um die FOXP3-Produktion zu stoppen. Sollte sich ein solcher Regulationsmechanismus als tiefgreifende Wirkung auf die TREG-Funktionalität erweisen, könnte diesneue Wege für die adoptiven TREG-basierte Zelltherapien ebnen.