11.10
piРНК - piWI-ассоциированные РНК
piРНК (piWI-ассоциированные РНК) - самые распространенные короткие некодирующие РНК. У человека обнаружено более 20 000 генов, кодирующих piРНК, в то…
Переносимые элементы ДНК или транспозоны, показывают произвольное движение в геноме. Это вставки, которые нарушают ген, могут привести к геномной нестабильности, которая опасна для клетка. В соматических клетках, транспозон-индуцированная неустойчивость генома остается ограниченной одним поколением.
Однако в зародыше эти изменения она может быть передана в будущее поколение, что может привести к вредным последствиям. Специфичные для клеток зародыша транспонирующие элементы отключаются небольшой некодирующей регуляторной РНК, известной как Piwi-взаимодействующая РНК, или piРНК. piРНК необходимы для правильного развития клеток зародыша, и их отсутствие может быть причиной бесплодия у животных.
piРНК это класс отключающих РНК, которые отличаются от miРНК И siРНК тремя определенными характеристиками-длиной, механизмом обработки и связванием подсемейством белков-аргонавтов. пиРНК от 24 до 32 нуклеотидов длиной, длиннее чем и miРНК, и SiРНК, которые обычно от 20 до 25 нуклеотидов длиной. пиРНК обрабатывается из одноцепочечные мРНК без дайсера.
В то время как и miРНК, и siРНК получены из двухцепочечной РНК с дайсером. Каждый из этих трех Типов некодирующих РНК связывается белками-аргонавтами. Но piРНК связывается с.
Подсемейство Piwi, в то время как miРНК и siРНК связываются с. белками из подсемейства AGO. piРНК происходит из piРНК-кластеров-отдельных областей генома, которые богаты транспозонами.
Были предложены два этапа Для биогенеза piРНК-путь первичной обработки и контур усиления. В случае первичной обработки, транскрипты из кластеров piРНК используются для производства piРНК. Они загружаются в в выбранные белки Piwi Чтобы сформировать piRISC, альтернативную Форму индуцированного РНК оключающего гены комплекса.
Первичная piРНК затем принимает участие в цикле амплификации, чтобы быстро увеличить концентрацию piРНК. PiRISC связывается и расщепляет дополнительную целевую РНК, создавая на конце 5-прайм преждевременную форму вторичной piРНК. На конце 3-Prime piРНК обрабатывается дальше другими белками piwi, что приводит к зрелой, вторичной piРНК.
Этот процесс повторяется и приводит к усилении обеих, смысловой и антисмысловой piРНК.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
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.