11.10
إن الرناوات المتفاعلة مع PIWI، أو الرنا المتآثر مع بيوي (piRNAs)، هي أكثر الرناوات القصيرة غير المشفرة وفرة. تم العثورعلى أكثر من 20000 جين في البشر ت…
وحدات دى إن أيه القابلة للنقل،أو وحدات جينية متنقلة،تظهر حركة عشوائية في جميع أنحاء الجينوم. هذه العناصر المدرجة والتى تعطل الجين يمكن أن ينتج عنها عدم إستقرار الجينوم،الذي يكون خطراًعلى الخلية. في الخلايا الجسدية،عدم إستقرار الجينوم المستحث بالوحدات الجينية المتنقلة يبقى محدود لجيل واحد.
ومع ذلك،في الخلايا الجرثومية،هذه التغييرات يمكن تمريرها إلى أجيال المستقبل مما يؤدي إلي تأثيرات ضارة. العناصر القابلة للنقل المخصصة للخلايا الجرثونية يتم إسكاتها بواسطة آر إن إيه التنظيمية الغير مشفرة الصغيرة المعروفة باسم آر إن أيه المتفاعل بيوي أو بيرنا بيرنا تُعد أساسية لتطور الخلايا الجرثومية بشكل صحيح،وقد يتسبب غيابهم في العقم في الحيوانات. بيرنا هى نوع من آر إن إيه الكاتمة والتى تختلف عن الميكرو آر إن إيه وإس آى آر إى أيه بثلاثة خصائص محددة الطول،آلية المعالجة،والربط مع عائلة البروتينات الفرعية الأرجونات ويتراوح طول piRNA من 24 إلى 32 نيوكليوتيدة،أطول من كلا و والتى عادة يتراوح طولهم من 20 إلى 25 نيوكليتيدة.
تتم معالجة piRNA من أحادي الشريط بدون دايسر. بينما كلا من و تتم معالجتهم من آر إن إيه ثنائى الشريط بالدايسر. كل من هؤلاء الثلاث أنواع من آر إن أيه غير مشفر يرتبط ببروتينات عائلة الارجونات.
لكن بى آى آر إن أيه ترتبط بالعائلة الفرعية بينما ترتبط و ببروتينات العائلة الفرعية بى آى آر إن أيه تنشأ من مجموعات بى آى آر إن أيه مناطق محددة فى الجينوم الغنية بوحدات جينية متنقلة. وقد اقترحت مرحلتان لنشوء بى آى آر إن أيه مسار المعالجة الأساسي وحلقة التضخيم. في مرحلة المعالجة الأساسية, المستنسخات من مجموعات بى آى آر إن أيه تستخدم لإنتاج بى آى آر إن أيه.
هذه العناصر يتم تحميلها على بروتينات بيوى المختارة ليكوّن شكل بديل من مركب الإسكات المستحث آر إن أيه. ومن ثم بى آى آر إن أيه الرئيسي يساهم فى حلقة التضخيم ليزيد سريعاًتركيز ال بى آى آر إن أيه. بي ريسك يرتبط ويشطر الهدف التكميلي آر إن إيه مكون النهاية 5`لل بى آى آر إن ايه الثانوى قبل الناضج.
النهاية-3`لل بى آى آر إن أيه تتم معالجتها بعد ذلك بواسطة بروتينات بيوى أخرى لينتج بى آى آر إن أيه ناضج ثانوى. هذه العملية تكرر نفسها, مما ينتج عنه تضخيم كلا من شريط الإحساس ومضاد شريط الإحساس الخاص ب بيرنا piRNA.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How do piRNAs differ from miRNAs and siRNAs?
piRNAs are 24 to 32 nucleotides long, compared to miRNAs and siRNAs which are 20 to 25 nucleotides. piRNAs are processed from single-stranded RNA without Dicer, while small interfering RNAs post transcription require Dicer to process double-stranded RNA. Additionally, piRNAs bind to the piwi subfamily of Argonaute proteins, whereas miRNAs and siRNAs bind to the AGO subfamily.
Q2: What role do piRNAs play in germ cells?
piRNAs silence transposable elements in germ cells, preventing genomic instability that could be passed to future generations. Without piRNAs, transposon-induced mutations can accumulate and cause infertility in animals. piRNAs are essential for proper germ cell development and protect the germline from harmful genetic changes.
Q3: What are piRNA clusters and where do they originate?
piRNA clusters are specific genomic regions rich in transposons that serve as the source for piRNA biogenesis. Transcripts from these clusters are processed to produce piRNAs, which are then loaded onto piwi proteins to form piRISC complexes. These complexes are transported to the nucleus or cytoplasm depending on the specific piwi protein involved.
Q4: How does the ping-pong amplification pathway generate secondary piRNAs?
In the ping-pong amplification pathway, Aubergine-piRNA complexes bind and cleave complementary target RNA, creating the 5' end of a premature secondary piRNA. The resulting cleaved fragments are loaded onto AGO3 proteins, which further process the 3' end to generate mature secondary piRNAs. This cycle repeats, amplifying both sense and antisense piRNA populations.
Q5: What is the piRISC complex and how is it formed?
piRISC is the piRNA-induced silencing complex formed when primary piRNAs are loaded onto selected piwi proteins. This complex binds and cleaves complementary target RNAs to silence transposable elements. The formation of piRISC is a critical step in both the primary processing pathway and the ping-pong amplification loop.
Q6: Why are transposable elements dangerous to cells?
Transposable elements show random movement throughout the genome, and their insertions can disrupt genes, resulting in genomic instability. In somatic cells, this instability remains limited to a single generation. However, in germ cells, transposon-induced changes can be passed to future generations, leading to harmful effects that compromise cell viability and organism health.
Q7: What proteins are involved in the piRNA biogenesis pathway?
Multiple proteins participate in piRNA biogenesis, including piwi subfamily members like Piwi, Aubergine, and AGO3 in Drosophila, or Miwi, Mili, and Miwi2 in mammals. Tudor family proteins act as scaffolds in the ping-pong amplification pathway. These proteins work together to process piRNA transcripts and generate mature piRNAs that silence transposons.