11.10
piRNA - RNAs que interagem com Piwi
RNAs que interagem com PIWI, ou piRNAs, são os RNAs curtos não codificantes mais abundantes. Mais de 20.000 genes foram encontrados em humanos que cod…
Os elementos de DNA transponíveis, ou transposões, mostram movimento aleatório em todo o genoma. Estas inserções que interrompem um gene podem resultar em instabilidade genómica, o que é perigoso para uma célula. Nas células somáticas, a instabilidade genómica induzida por transposição permanece limitada a uma única geração.
No entanto, em células germinativas, estas mudanças podem ser passadas para as gerações futuras, levando a efeitos nocivos. Os elementos transponíveis específicos das células germinativas são silenciados por pequenos RNAs reguladores não codificado, conhecidos como RNA interagindo Piwi, ou piRNA. As piRNAs são essenciais para um desenvolvimento adequado das células germinativas, e a sua ausência pode causar infertilidade nos animais.
piRNA é uma classe de RNAs silenciadores que difere de miRNA e siRNA por três características definidoras-comprimento, mecanismo de processamento e ligação com proteínas da subfamília das argonautas. piRNA tem de 24 a 32 nucleotídeos de comprimento, tanto o miRNA quanto siRNA, possuem geralmente 20 a 25 nucleotídeos de comprimento. piRNA é processado a partir de mRNA de um só encalhado sem decoder.
Enquanto tanto o miRNA e o siRNA são processados de RNA de fita dupla com decoder. Cada um destes três tipos de RNA não-codificante se liga a proteínas da família argonauta. Mas piRNA se liga à subfamília Piwi, enquanto miRNA e siRNA se ligam à subfamília de proteínas AGO.
piRNA tem origem em clusters de piRNA-regiões específicas do genoma ricas em transposões. Duas fases foram propostas para a biogênese de piRNA-a via de processamento primário e o loop de amplificação. Na via de processamento primário, as transcrições dos clusters piRNA são usadas para produzir piRNA.
Estas são carregadas em proteínas Piwi selecionadas para formar piRISC, uma forma alternativa do complexo de RNA induzido silencioso. O piRNA primário participa então de um loop de amplificação para aumentar rapidamente a concentração do piRNA. A piRISC liga e cliva o RNA-alvo complementar, criando a extremidade de 5 primos de um piRNA secundário prematuro.
A extremidade de 3-primária do piRNA é processada ainda por outras proteínas de Piwi para resultar em um piRNA secundário maduro. Este processo se repete, resultando na amplificação do senso e do anti senso piRNA.
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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.