11.10
piRNA - ARN interagissant avec Piwi
Les ARN interagissant avec PIWI, ou piARN, sont les ARN courts non codants les plus abondants. Plus de 20 000 gènes codant pour les piARN ont été déco…
Les éléments transposables de l'ADN, ou transposons, présentent un mouvement aléatoire dans tout le génome. Ces insertions qui perturbent un gène peuvent entraîner une instabilité génomique, qui est dangereuse pour une cellule. Dans les cellules somatiques, l'instabilité génomique induite par le transposon reste limitée à une seule génération.
Toutefois, dans les cellules germinales, ces changements peuvent être transmis aux générations futures, ce qui entraîne des effets nocifs. Les éléments transposables spécifiques des cellules germinales sont réduits au silence par de petits ARN régulateurs non-codants, appelés ARN interagissant avec Piwi, ou ARNpi. Les piARN sont essentiels au bon développement des cellules germinales, et leur absence peut causer l'infertilité chez les animaux.
Les ARNpi sont une classe d'ARN interférent qui diffèrent du miARN et du siARN par trois caractéristiques-longueur, mécanisme de traitement et liaison avec les protéines de la sous-famille argonaute. Les ARNpi ont une longueur de 24 à 32 nucléotides, plus long que les miARN et les siARN, qui ont généralement de 20 à 25 nucléotides. L'ARNpi est traité à partir d'ARNm mono-brin sans dicer.
Alors que miARN et siARN sont traités par dicer à partir d'ARN double-brin. Chacun de ces trois types d'ARN non codant se lie aux protéines de la famille argonaute. Mais l'ARNpi se lie à la sous-famille Piwi, tandis que miARN et siARN se lient à la sous-famille AGO.
Les ARNpi proviennent des groupes d'ARNpi-des régions spécifiques du génome qui sont riches en transposons. Deux phases ont été proposées pour la biogenèse d'ARNpi-la voie de traitement primaire et la boucle d'amplification. Dans la voie de traitement primaire, les transcriptions des groupes d'ARNpi sont utilisées pour produire des ARNpi.
Ils sont chargés sur des protéines Piwi sélectionnées pour former le piRISC, une forme alternative du complexe RISC. Le ARNpi principal prend alors part à une boucle d'amplification pour augmenter rapidement la concentration en ARNpi. PiRISC lie et clive l'ARN cible complémentaire créant une extrémité 5-prime d'un ARNpi secondaire prématuré.
L'extrémité 3-prime du ARNpi est traitée plus loin par d'autres protéines piwi pour obtenir un ARNpi secondaire mature. Ce processus se répète, ce qui entraîne l'amplification de l'ARNpi sens et antisens.
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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.