Piwi-assosierte RNA-er (Piwi-RNA-er eller piRNA - er) er en tredje klasse av forstyrrende RNA -er som forhindrer utvidelsen av egoistiske genetiske elementer ( transposonene ). Denne gruppen av molekyler i RNAi-banen har vært den siste som ble identifisert, og er derfor den minst kjente, selv om studien introduserer nye synspunkter for forståelsen av mekanismene for RNA-interferens. I motsetning til miRNA(som også er kodet i genomet), initieres produksjonen av piRNA-ene, som medierer lyddemping i denne banen, fra noen få hovedkontrollregioner i genomet. Naturen til de primære transkripsjonene generert av piRNA-er er fortsatt dårlig forstått, men under behandlingen produseres det kutt som ligner på de som forekommer i RNAi-banen (for mer informasjon, gå til siRNA -er, avsnitt "Definisjon og virkemåte"). definerer 5'-endene til modne piRNA-er. [ 1 ]
Da de utførte det første arbeidet med å karakterisere miRNA , klonet Aravin og medarbeidere i laboratoriet til T. Tuschl [18] i 2003 totale populasjoner av små RNA-er, som kom fra forskjellige stadier av Drosophila- utviklingen . [ 2 ] I tillegg til miRNA av forventet størrelse (~22-nukleotider), oppnådde Aravin et al. også en fraksjon av RNA mellom 24 og 29 nt. Disse RNA-ene hadde en funksjon som skilte dem fra miRNA-er: de manglet fullstendig den komplementære miRNA/miRNA*-regionen som finnes i hårnålsforløperstrukturen til miRNA-er (se avsnittet "Biogenese og prosessering" av miRNA- er ). Dette innebærer at 24 til 29 nt RNA følger en annen biogenesevei enn miRNA. De fleste av disse nye RNA-ene tilsvarte repeterende områder av Drosophila -genomet eller til transposoner, og ble derfor kalt "repeat-associated small interfering RNAs" ( repeat-associated small interfering RNAs eller rasiRNAs ).
Samtidig ble det oppdaget noen mutasjoner i Caenorhabditis elegans som, mens de eliminerte RNAi-banen, ga økt transposonmobilitet, noe som tyder på at begge prosessene (RNAi og transposoner) var relatert. [ 3 ] [ 4 ] Imidlertid behandler RNAi-banen i fluer dobbelttrådet DNA til korte 21 nt siRNA - er, forskjellig fra 24 til 29 nt rasiRNA-ene, så ytterligere studier som undersøkte forholdet mellom RNAi og transposoner var nødvendig.
Generelt assosieres de små RNA-ene som fungerer i RNAi med proteiner fra "Argonaute"-familien, og danner det RNA-induserte lyddempingskomplekset (RISC) (for mer informasjon, se RISC-komplekset ). I dette komplekset gir Argonaute-proteinet den biokjemiske aktiviteten som spalter mål-mRNA og interagerer med andre proteiner, mens det lille RNA gir substratspesifisitet gjennom sekvenskomplementaritet. Argonaute-proteiner deler et karakteristisk PAZ-domene (Piwi, Argonauta, Zille) og et karakteristisk Piwi-domene, og i henhold til sekvensen deres kan de grupperes i tre familier: [ 5 ]
Når det gjelder Drosophila , har 5 Argonaute-proteiner blitt identifisert: [ 6 ]
Flere studier har vist at Piwi underfamilieproteiner assosieres med en distinkt populasjon av små RNA i Drosophila , [ 7 ] [ 8 ] mus, [ 9 ] [ 10 ] rotter [ 11 ] og sebrafisk. [ 12 ]
Alle piRNA-er har det til felles at de mangler nabo-genomiske sekvenser for å danne en hårnål. Derfor må piRNA i alle arter stamme fra en annen type forløper enn miRNA. Drosophila rasiRNA-ene kan betraktes som en undergruppe i piRNA-ene, og som i C.elegans , har betydningen av Piwi for transposon-lydestilling også blitt demonstrert genetisk i Drosophila . [ 13 ] På den annen side viser musemutanter for Mili eller Miwi (to museproteiner homologe med Piwi) økt transposerbart elementmobilitet, noe som tyder på at muse-piRNA-er også er assosiert med transposonkontroll. [ 14 ]
Imidlertid er ikke alle piRNA-er homologer av gjentatte sekvenser og transposoner: hos mus og rotter er andelen gjentatte sekvenser i genomet 40%, men repetisjoner representerer bare ~17% av alle piRNA-er, mens en tilfeldig fordeling burde generere ~40 % gjentatte sekvenser blant piRNA-ene.
Et trekk som er felles for alle piRNA-er (og skiller dem fra miRNA - er) er at de stammer fra et begrenset antall "hot spots" i genomet. Denne evnen til å generere piRNA-er er bevart i synteniske regioner (i klassisk genetikk beskriver begrepet synteny den fysiske samlokaliseringen av loci på samme kromosom i et individ eller en art; konseptet er relatert til genetisk kobling ) – for eksempel mellom musen og rotten – men de spesifikke sekvensene til piRNA-ene er ikke bevart. [ 15 ] Kanskje hot spots er assosiert med, eller er nødvendige for å generere, spesifikke kromatinstrukturer, og deres betydning kan gå utover produksjonen av piRNA. I Drosophila definerer denne klyngen master regulatoriske loci for transposonkontroll. For eksempel utøver det flamske lokuset (som kontrollerer utvidelsen av ''sigøyner'' og andre mobile elementer) sin funksjon ved å utvikle en piRNA-respons mot disse sekvensene. [ 16 ] Brennecke og kolleger foreslo at master regulatoriske loci representerer et sted for genetisk hukommelse av transposoner i fluer. Det er imidlertid ikke klart hvorfor produksjonen av piRNA-er må konsentreres i spesifikke regioner.
De best kjente interfererende RNA -ene, siRNA -ene og miRNA -ene, genereres henholdsvis fra en dobbelttrådet eller hårnålsforløper; disse forløperne behandles av RNAse III-enzymer. Hos fluer blir lange dobbelttrådete RNA-er (dsRNA-er) behandlet av Dicer-2 (Dcr-2), for å generere <21 nt siRNA-duplekser. Primære miRNA -er (pri-miRNA-er) behandles først av Drosha i kjernen for å produsere miRNA-forløpere (pre-miRNA-er), deretter eksporteres til cytoplasmaet og ferdigstilles av Dicer-1 (Dcr-1) for å generere miRNA-duplekser. /miRNA* av <22 nt (se artikler om siRNA og miRNA for mer informasjon).
I analogi ble Drosophila rasiRNA opprinnelig antatt å bli behandlet av en Dicer-lignende RNase III-aktivitet. [ 2 ] I Drosophila er imidlertid både Dcr-1 og Dcr-2 unødvendige for produksjon av piRNA, [ 17 ] og i sebrafiskkimlinjer har homozygote mutanter for dicer normale nivåer av piRNA. [ 12 ]
Så hvis piRNA-er ikke trenger Dicer-aktivitet, hvordan genereres de? Storskala sekvenseringsinnsats viser at piRNA -er funnet ved siden av genomiske steder vanligvis har samme orientering, selv om de av og til endrer denne strengskjevheten i en piRNA- genererende klynge . [ 10 ] [ 8 ] [ 16 ] Dette arrangementet antyder at piRNA-er kan genereres fra sekvensiell prosessering av en lang og sannsynligvis unik enkelttrådet RNA-forløper. Men flere studier er nødvendig for å avklare de nøyaktige biogenese-veiene til piRNA-er.