11.10: piRNA - piwi相互作用RNA

PIWI相互作用RNA(piRNA)は、最も豊富に存在する短いノンコーディングRNAです。ヒトでは、piRNAをコードする遺伝子が20,000以上見つかっていますが、miRNAの遺伝子はわずか2,000個しか見つかりません。piRNAは、転写レベルおよび転写後レベルで作用し、生殖細胞に存在する転移可能なエレメントをサイレンシングする上で重要な役割を果たします。また、エピジェネティックなサイレンシングと活性化にも関与しています。以前は、生殖細胞でのみ機能すると考えられていましたが、新しい証拠は、体細胞にも比較的少ない数で存在し、遺伝子発現を積極的に制御していることを示唆しています。

piRNAは、Argonauteクラスのタンパク質のサブファミリーであるPIWIタンパク質との関連から命名されました。この複合体は、piRNA誘導サイレンシング複合体(piRISC)と呼ばれています。ショウジョウバエには、Piwi、Aubergine、AGO3の3種類のPIWIタンパク質があり、これらのタンパク質はそれぞれ異なる長さのpiRNAに結合します。PIWIタンパク質は、哺乳動物やマウスでも観察されており、Miwi、Mili、Miwi2と呼ばれています。

piRNAは、ゲノムの特定の領域であるpiRNAクラスターから転写されます。得られた転写産物は細胞質に輸送され、piRNA転写産物は短い断片に切断されます。次に、これらの短い転写産物をPiwiまたはAubergineタンパク質にロードし、未知のメカニズムによって3’末端でさらに処理して、成熟した一次piRNAを生成します。Piwi-piRNA複合体は、トランスポゾンをサイレンシングするために核に戻されます。対照的に、ナス-piRNA複合体は、ピンポン増幅経路として知られるpiRNA生合成の第2段階に関与しています。

Aubergine-piRNA複合体は相補的な転写産物に結合して切断し、得られた切断された断片は別のPIWIタンパク質であるAGO3にロードされます。次に、AGO3-piRNA複合体は3’末端でさらに処理され、成熟した二次piRNAが生成されます。成熟したAGO3-piRNAは、Aubergine-piRNA複合体と同様に、相補的な転写産物を切断することができます。タンパク質の別のクラスであるチューダーファミリーも、ピンポン増幅経路に関与しており、二次的なpiRNA生合成に必要な成分の結合の足場として機能する可能性があります。ショウジョウバエでは、Nuageとして知られる高密度の核周囲体に、piRNAピンポン増幅経路の生合成に必要なタンパク質(ナス、AGO3、チューダーなど)が含まれています。一次および二次piRNAの生合成経路に関与する正確なステップとタンパク質は、まだ調査中です。