11.10
piRNA: ARN que interactúan con Piwi
Los ARN que interactúan con PIWI, o piRNA, son los ARN cortos no codificantes más abundantes. Se han encontrado más de 20.000 genes en humanos que cod…
Los elementos de ADN transponibles, o transposones, muestran movimientos aleatorios en todo el genoma. Estas inserciones que alteran un gen pueden dar lugar a inestabilidad genómica, lo que es peligroso para una célula.
En las células somáticas, la inestabilidad genómica inducida por transposones permanece limitada a una sola generación; sin embargo, en las células germinales, estos cambios pueden transmitirse a las generaciones futuras, lo que tiene efectos nocivos.
Los elementos transponibles específicos de las células germinales son silenciados por pequeños ARN reguladores no codificantes conocidos como ARN que interactúa con piwi o ARNpi.
Los piRNAs son esenciales para el correcto desarrollo de las células germinales, y su ausencia puede causar infertilidad en los animales.
Los piRNA son una clase de ARN silenciadores que difieren de los miRNA y los siRNA por tres características definitorias: longitud, mecanismo de procesamiento y unión con las proteínas de la subfamilia Argonaute.
Los piRNA tienen de 24 a 32 nucleótidos de longitud, más largos que los miRNA y los siRNA, que suelen tener de 20 a 25 nucleótidos.
El piRNA se procesa a partir de ARNm monocatenario sin Dicer, mientras que tanto el miARN como el siRNA se procesan a partir de ARN bicatenario por Dicer.
Cada uno de estos tres tipos de ARN no codificante se une a las proteínas de la familia Argonaute, pero el ARNpi se une a la subfamilia piwi, mientras que el miARN y el ARNip se unen a la subfamilia de proteínas AGO.
Los piRNA se originan a partir de grupos de piRNA, regiones específicas del genoma que son ricas en transposones.
Se han propuesto dos fases para la biogénesis del piRNA: la vía de procesamiento primario y el bucle de amplificación.
En la vía de procesamiento primaria, las transcripciones de los grupos de piRNA se utilizan para producir piRNA. Estos se cargan en proteínas piwi seleccionadas para formar piRISC, una forma alternativa del complejo de silenciamiento inducido por ARN.
A continuación, el ARNpi primario participa en un bucle de amplificación para aumentar rápidamente la concentración del ARNpi.
piRISC se une y escinde el ARN diana complementario creando el extremo 5' de un ARNpi secundario prematuro. El extremo 3' del ARN-pi es procesado posteriormente por otras proteínas piwi para dar lugar a un ARNpi secundario maduro.
Este proceso se repite, lo que da lugar a la amplificación del piRNA sentido y antisentido.
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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.