Piwi-αλληλεπιδρών RNA

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Τα Piwi-αλληλεπιδρώντα RNA (Piwi-interacting RNAs, piRNAs) είναι η μεγαλύτερη κατηγορία μικρών μη κωδικοποιητικών μορίων RNA που εκφράζονται σε ζωικά κύτταρα.[1][2] Τα piRNAs σχηματίζουν σύμπλοκα RNA-πρωτεΐνης μέσω αλληλεπιδράσεων με τις πρωτεΐνες piwi. Αυτά τα σύμπλοκα piRNA έχουν συνδεθεί τόσο με επιγενετική όσο και με μετα-μεταγραφική σίγηση γονιδίων ρετροτρανσποζονίων και άλλων γενετικών στοιχείων σε κύτταρα της βλαστικής σειράς, ιδιαίτερα εκείνα της σπερματογένεσης.[3]

Περιγραφή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ρόλος τους είναι η καταστολή της δράσης των μεταθετών στοιχείων (π.χ. ρετροτρανσποζονίων), τα οποία έχουν στόχο να διατηρήσουν τη γονιδιακή τους ακεραιότητα και να περάσουν στην επόμενη γενεά. Η πλειοψηφία των piRNAs έχουν αλληλουχίες συμπληρωματικές με αυτές των μεταθετών RNAs και είναι ικανά να δρουν ως ολιγονουκλεοτίδια που καταστέλλουν τα μεταθετά στοιχεί στο DNA. Τα piRNAs επεξεργάζονται μέσω πολύπλοκων μηχανισμών από μονόκλωνα πρόδρομα (ss) RNA, τα οποία μεταγράφονται από δύο κύριες πηγές, τα piRNA clusters και τα ενεργά μεταθετά στοιχεία. Μετά την ωρίμανση, τα piRNAs σχετίζονται με τις PIWI πρωτεΐνες για να σχηματίσουν τα σύμπλοκα piRNA-induced silencing complexes (piRISCs) και να κατευθυνθούν προς τα RNA μετάγραφα των μεταθετών στοιχείων μέσω ζευγαρώματος βάσεων.

Οι ομάδες piRNA (clusters) χωρίζονται σε 3 κατηγορίες ανάλογα με τον προσανατολισμό της μεταγραφής: σε μονής αλυσίδας, διπλής αλυσίδας, και διπλής κατεύθυνσης piRNA ομάδες. Αυτά που ανήκουν στην ομάδα της μονής αλυσίδας μεταγράφονται μόνο από τη μία αλυσίδα του DNA, αυτά που ανήκουν στην ομάδα της διπλής αλυσίδας δημιουργούν μετάγραφα και από τις δύο αλυσίδες τα οποία είναι συμπληρωματικά και αυτά που ανήκουν στην ομάδα της διπλής κατεύθυνσης δίνουν μετάγραφα και από τις δύο αλυσίδες, όχι όμως ταυτόχρονα, οπότε δεν αλληλοσυμπληρώνονται.[4][5]

Το piRISC δρα ως εργαλείο αποσιώπησης σε μεταγραφικό και μετα-μεταγραφικό επίπεδο ανάλογα με το πού εδράζεται. Οι κυτταροπλασματικές PIWI πρωτεΐνες, όπως οι Aub και Ago3 στη Drosophila και οι MIWI και MILI στο ποντίκι, καταστέλλουν τα μεταθετά στοιχεία μετα-μεταγραφικά κόβοντας τα RNA μετάγραφα. Αντίθετα, οι πυρηνικές PIWI πρωτεΐνες, Piwi στη μύγα και MIWI2 στο ποντίκι, καταστέλλουν τα μεταθετά στοιχεία κατά τη μεταγραφή.[6] Τα RNAs στόχοι που κόβονται από κυτταροπλασματικά piRISCs χρησιμοποιούνται κατόπιν ως υποστρώματα για τη δημιουργία δευτερογενών piRNAs.

Ο κύκλος του ping-pong[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στα γαμετικά κύτταρα της Drosophila, τα πρωτογενή piRNAs διαμορφώνουν τα piRISCs με τις Piwi και Aub πρωτεΐνες.[7][8] Τα σύμπλοκα Piwi-piRISCs έχουν ως λειτουργία την αποσιώπηση στον πυρήνα όπως και στα σωματικά κύτταρα, ενώ τα σύμπλοκα  Aub-piRISCs  εδράζονται στο κυτταρόπλασμα και καταστέλλουν τα μεταθετά στοιχεία. Ο μοριακός μηχανισμός αυτής της καταστολής ομοιάζει με αυτό του συμπλέγματος Ago2-siRISC, με τη διαφορά ότι στην καταστολή μέσω συμπλέγματος Aub-piRISC το RNA στόχος δεν αποικοδομείται αλλά χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα για την παραγωγή δευτερογενών piRNAs. Τα τελευταία συνδέονται με την πρωτεΐνη Ago3 και συνθέτουν το σύμπλεγμα piRISC- Ago3, το οποίο κόβει τα RNAs στόχους που περιέχουν τις αλληλουχίες των μεταθετών στοιχείων στον αντίστροφο προσανατολισμό. Αυτή η αντίδραση δίνει κατόπιν γένεση στα αντικωδικά piRNA, τα οποία φορτώνονται στις Aub, δημιουργώντας έναν μηχανισμό εμπρόσθιας τροφοδότησης (feed-forward). Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή και ως ο κύκλος του ping-pong.[6][9]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Molecular Biology Select. Cell, 2006; 126(2): σελ. 223-225.
  2. Seto, A.G.; Kingston, R.E.; Lau, N.C. (2007). «The Coming of Age for Piwi Proteins». Molecular Cell 26 (5): 603–609. doi:10.1016/j.molcel.2007.05.021. 
  3. Siomi, MC; Sato, K; Pezic, D; Aravin, AA (2011). «PIWI-interacting small RNAs: the vanguard of genome defence». Nat Rev Mol Cell Biol 12: 246–258. doi:10.1038/nrm3089. PMID 21427766. 
  4. Yamanaka, Soichiro; Siomi, Mikiko C.; Siomi, Haruhiko (2014-08-01). «piRNA clusters and open chromatin structure». Mobile DNA 5 (1): 22. doi:10.1186/1759-8753-5-22. ISSN 1759-8753. PMID 25126116. PMC PMC4131230. https://doi.org/10.1186/1759-8753-5-22. 
  5. Aravin, Alexei; Gaidatzis, Dimos; Pfeffer, Sébastien; Lagos-Quintana, Mariana; Landgraf, Pablo; Iovino, Nicola; Morris, Patricia; Brownstein, Michael J. και άλλοι. (2006-06-04). «A novel class of small RNAs bind to MILI protein in mouse testes» (στα αγγλικά). Nature 442 (7099). doi:10.1038/nature04916. ISSN 0028-0836. http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature04916. 
  6. 6,0 6,1 Hirakata, Shigeki; Siomi, Mikiko C. (2016-01). «piRNA biogenesis in the germline: From transcription of piRNA genomic sources to piRNA maturation». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms 1859 (1): 82–92. doi:10.1016/j.bbagrm.2015.09.002. ISSN 1874-9399. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbagrm.2015.09.002. 
  7. Brennecke, Julius; Aravin, Alexei A.; Stark, Alexander; Dus, Monica; Kellis, Manolis; Sachidanandam, Ravi; Hannon, Gregory J. (2007-03). «Discrete Small RNA-Generating Loci as Master Regulators of Transposon Activity in Drosophila» (στα English). Cell 128 (6): 1089–1103. doi:10.1016/j.cell.2007.01.043. ISSN 0092-8674. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(07)00257-7?_returnURL=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867407002577?showall=true. 
  8. Gunawardane, Lalith S.; Saito, Kuniaki; Nishida, Kazumichi M.; Miyoshi, Keita; Kawamura, Yoshinori; Nagami, Tomoko; Siomi, Haruhiko; Siomi, Mikiko C. (2007-03-16). «A Slicer-Mediated Mechanism for Repeat-Associated siRNA 5' End Formation in Drosophila» (στα αγγλικά). Science 315 (5818): 1587–1590. doi:10.1126/science.1140494. ISSN 0036-8075. PMID 17322028. http://science.sciencemag.org/content/315/5818/1587. 
  9. Czech, Benjamin; Hannon, Gregory J. (2016-4). «One Loop to Rule Them All: The Ping-Pong Cycle and piRNA-Guided Silencing». Trends in Biochemical Sciences 41 (4): 324–337. doi:10.1016/j.tibs.2015.12.008. ISSN 0968-0004. PMID 26810602. PMC PMC4819955. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4819955/.