The role of the microRNAs miR-12, miR-124, miR-125, miR-989 and miR-3788 in the learning and memory formation processes in the honeybee (Apis mellifera)

Abstract

MiRNAs sind kleine, hochkonservierte, kodierende RNAs. Sie regulieren die posttranskriptionelle Genexpression durch Inhibition der Translation und Destabilisierung ihrer Ziel-mRNAs. MiRNAs sind zu interessanten Elementen in der Entschlüsselung molekularer Mechanismen geworden, so könnten sie für viele das fehlende Puzzlestück darstellen. Um die molekularen Mechanismen, die hinter Lernen und Gedächtnisbildung (L&G) stehen, zu enthüllen, ist es entscheidend, die Rollen dieser Puzzlestücke zu identifizieren. Ich habe in dieser Arbeit die lerninduzierten Änderungen der zu der Honigbiene homologen miRNAs (miR-12, - 124, -125b, -132, -138 und miR-329) analysiert, welche wegen ihrer bereits beschriebenen Rollen in synaptischer Plastizität und L&G ausgesucht wurden. Ich zeigte, dass die Mengen von miR- 124, -12 und miR-3788 (Homologe von miR-132) abhängig von der Stärke und der Zeit nach der Konditionierung sind. Eine Korrelationsanalyse zeigte eine Verbindung zwischen miR-12, -124, - 125 und miR-3788. Weiterhin habe ich die spezifische Rolle von miR-12 und miR-124 in L&G mit Hilfe von transienter Inhibition durch AMOs untersucht. MiR-12 stellte sich als positiver Regulator der Konsolidierung von Langzeitgedächtnis heraus, wobei miR-124 eine positiv regulierende Rolle in der Akquisition zeigte, die essentiell für die Bildung von Kurzzeit- und Mittelzeitgedächtnis war. Zusammengefasst, konnte ich eine spezifische Rolle für miRNAs in Akquisition und Konsolidierung von L&G aufzeigen.

MiRNAs are small non-coding RNAs, which are highly conserved throughout species. They regulate posttranscriptional gene expression through inhibition of translation and destabilisation of their targets such as mRNAs. MiRNAs have become interesting elements in the decoding of cellular mechanisms, as for many they might be the missing piece in their puzzles. To understand the molecular mechanisms behind learning and memory (L&M) it is pivotal to uncover those missing pieces and define their roles in the machinery. In this work I analysed the learning induced changes of the honeybee miRNA homologues of miR-12, miR-124, miR-125b, miR-132, miR-138 and miR-329, which were selected for their previously described roles in relation to synaptic plasticity and L&M. I showed that the levels of miR-124, miR-12 and miR-3788 (a miR-132 homologue) were depending on the time after– and on the strength of conditioning. I revealed a connection between miR-12, -124, -125 and miR-3788 by correlation analysis. Furthermore I addressed the specific role of miR-12 and miR-124 in L&M phases by transient inhibition of their function with AMOs. I showed that the miR-12 is a positive regulator of consolidation in the formation of long-term memory whereas the miR-124 is a positive regulator of acquisition essentially for the formation of short-term and mid-term memory. Summarised, I described specific roles for miRNAs in acquisition and consolidation of L&M formation.