11.10: piRNA - Piwi 상호작용 RNA

PIWI 상호작용 RNA(piRNA)는 가장 풍부한 짧은 비코딩 RNA입니다. piRNA를 코딩하는 유전자는 인간에서 20,000개 이상 발견된 반면 miRNA에 대해서는 2000개 유전자만 발견되었습니다. piRNA는 전사 및 전사 후 수준에서 작용할 수 있으며 생식 세포에 존재하는 전이 요소를 침묵시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이것은 또한 후생적 침묵과 활성화에도 관여합니다. 이전에는 생식 세포에서만 기능하는 것으로 생각되었지만 새로운 증거에 따르면 체세포에서도 상대적으로 적은 수로 존재하며 유전자 발현을 적극적으로 제어합니다.

piRNA는 Argonaute 종류의 단백질의 하위 계열인 PIWI 단백질과의 연관성 때문에 명명되었습니다. 이 복합체를 piRNA 유도 침묵 복합체(piRISC)라고 합니다. Drosophila에는 Piwi, Aubergine 및 AGO3의 세 가지 유형의 PIWI 단백질이 있으며, 이 단백질 각각은 서로 다른 길이의 piRNA와 결합합니다. PIWI 단백질은 Miwi, Mili 및 Miwi2라고 불리는 포유류와 생쥐에서도 관찰되었습니다.

piRNA는 게놈의 특정 영역인 piRNA 클러스터에서 전사됩니다. 생성된 전사체는 세포질로 운반되고, piRNA 전사체는 짧은 조각으로 절단됩니다. 이러한 짧은 전사체는 Piwi 또는 Aubergine 단백질에 로드되고 알려지지 않은 메커니즘에 의해 3' 말단에서 추가 처리되어 성숙한 1차 piRNA가 생성됩니다. Piwi-piRNA 복합체는 트랜스포존을 침묵시키기 위해 핵으로 다시 운반됩니다. 대조적으로, Aubergine-piRNA 복합체는 탁구 증폭 경로로 알려진 piRNA 생합성의 두 번째 단계에 참여합니다.

Aubergine-piRNA 복합체는 상보적인 전사물과 결합하여 절단하고, 결과적으로 절단된 단편은 또 다른 PIWI 단백질인 AGO3에 로드됩니다. AGO3-piRNA 복합체는 3' 말단에서 추가 처리되어 성숙한 2차 piRNA가 생성됩니다. Aubergine-piRNA 복합체와 마찬가지로 성숙한 AGO3-piRNA는 상보적인 전사물을 절단할 수 있습니다. 또 다른 종류의 단백질인 Tudor 계열도 2차 piRNA 생합성에 필요한 구성요소의 결합을 위한 발판 역할을 할 수 있는 탁구 증폭 경로에 참여합니다. 초파리의 Nuage로 알려진 조밀한 핵주위체에는 Aubergine, AGO3 및 Tudor를 포함하여 piRNA 핑퐁 증폭 경로 생물 발생에 필요한 단백질이 포함되어 있습니다. 1차 및 2차 piRNA 생합성 경로에 관련된 정확한 단계와 단백질은 아직 조사 중입니다.

전이 가능한 DNA 요소 또는 전이 (transposons)는 게놈 전체에서 무작위 움직임을 보여줍니다. 유전자를 파괴하는 이러한 삽입은 세포에 위험한 게놈 불안정을 초래할 수 있습니다.

체세포에서 트랜스포손(transposon)에 의한 게놈 불안정성은 단일 세대에 국한되어 있지만, 생식 세포에서는 이러한 변화가 미래 세대에 전달되어 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.

생식 세포 특이적 전이 가능 요소는 piwi-interacting RNA 또는 piRNA로 알려진 작은 비코딩 조절 RNA에 의해 침묵됩니다.

piRNA는 적절한 생식세포 발달에 필수적이며, piRNA의 부재는 동물의 불임을 유발할 수 있습니다.

piRNA는 miRNA 및 siRNA와 길이, 처리 메커니즘 및 Argonaute 아군 단백질과의 결합이라는 세 가지 정의 특성으로 다른 침묵 RNA의 한 종류입니다.

piRNA는 길이가 24-32개의 뉴클레오티드로, 일반적으로 20-25개의 뉴클레오티드 길이인 miRNA와 siRNA보다 깁니다.

piRNA는 Dicer가 없는 단일 가닥 mRNA에서 처리되는 반면 miRNA와 siRNA는 모두 Dicer에 의해 이중 가닥 RNA에서 처리됩니다.

이 세 가지 유형의 비암호화 RNA는 각각 Argonaute 계열 단백질에 결합하지만, piRNA는 piwi 하위 계열에 결합하는 반면 miRNA와 siRNA는 단백질의 AGO 하위 계열에 결합합니다.

piRNA는 전이(transposon)가 풍부한 게놈의 특정 영역인 piRNA 클러스터에서 유래합니다.

piRNA의 생물 발생을 위해 1차 처리 경로와 증폭 루프의 두 가지 단계가 제안되었습니다.

1차 처리 경로에서 piRNA 클러스터의 전사체는 piRNA를 생산하는 데 사용됩니다. 이들은 선택된 piwi 단백질에 로드되어 RNA 유도 침묵 복합체의 대체 형태인 piRISC를 형성합니다.

그런 다음 1차 piRNA는 증폭 루프에 참여하여 piRNA의 농도를 빠르게 증가시킵니다.

piRISC는 상보적 표적 RNA와 결합하고 절단하여 조기 2차 pi-RNA의 5' 말단을 생성합니다.pi-RNA의 3' 말단은 다른 piwi 단백질에 의해 추가로 처리되어 성숙한 2차 pi-RNA를 생성합니다.

이 과정이 반복되어 센스 및 안티센스 piRNA가 모두 증폭됩니다.