piRNA – Piwi-interagierende RNAs

Transponierbare DNA-Elemente oder Transposons zeigen zufällige Bewegungen im gesamten Genom. Diese Insertionen, die ein Gen stören, können zu einer genomischen Instabilität führen, die für eine Zelle gefährlich ist.

In somatischen Zellen bleibt die Transposon-induzierte genomische Instabilität auf eine einzige Generation beschränkt; in Keimzellen können diese Veränderungen jedoch an zukünftige Generationen weitergegeben werden, was zu schädlichen Auswirkungen führt.

Keimzellspezifische transponierbare Elemente werden durch kleine nicht-kodierende regulatorische RNAs, die als piwi-interagierende RNA oder piRNA bekannt sind, zum Schweigen gebracht.

piRNAs sind für die ordnungsgemäße Entwicklung von Keimzellen unerlässlich, und ihr Fehlen kann bei Tieren zu Unfruchtbarkeit führen.

piRNA ist eine Klasse von Silencing-RNAs, die sich von miRNA und siRNA durch drei definierende Merkmale unterscheiden: Länge, Verarbeitungsmechanismus und Bindung an Proteine der Argonaute-Unterfamilie.

piRNA sind 24 bis 32 Nukleotide lang und damit länger als miRNA und siRNA, die normalerweise 20 bis 25 Nukleotide lang sind.

piRNA wird aus einzelsträngiger mRNA ohne Dicer prozessiert, während sowohl miRNA als auch siRNA aus doppelsträngiger RNA durch Dicer prozessiert werden.

Jede dieser drei Arten von nicht-kodierender RNA bindet an Proteine der Argonauten-Familie, aber piRNA bindet an die piwi-Unterfamilie, während miRNA und siRNA an die AGO-Unterfamilie von Proteinen binden.

piRNA stammt aus piRNA-Clustern, spezifischen Regionen des Genoms, die reich an Transposons sind.

Für die Biogenese von piRNA wurden zwei Phasen vorgeschlagen: der primäre Prozessierungsweg und die Amplifikationsschleife.

Im primären Prozessierungsweg werden die Transkripte aus piRNA-Clustern zur Herstellung von piRNA verwendet. Diese werden auf ausgewählte Piwi-Proteine geladen, um piRISC zu bilden, eine alternative Form des RNA-induzierten Silencing-Komplexes.

Die primäre piRNA nimmt dann an einer Amplifikationsschleife teil, um die Konzentration der piRNA schnell zu erhöhen.

piRISC bindet und spaltet die komplementäre Ziel-RNA, wodurch das 5'-Ende einer vorzeitigen sekundären pi-RNA entsteht. Das 3'-Ende der pi-RNA wird von anderen piwi-Proteinen weiterverarbeitet, was zu einer reifen sekundären pi-RNA führt.

Dieser Prozess wiederholt sich, was zur Amplifikation sowohl der Sense- als auch der Antisense-piRNA führt.