піРНК, РНК що взаємодіють з PIWI (англ. PIWI-interacting RNA, piRNA) — окремий клас малих некодуючих РНК (нкРНК, англ. ncRNA) що взаємодіють з для реалізації механізму спрямованого заглушення активності генів у тварин. Довжина піРНК сягає 21-33 нуклеотиди. Найбільша активність піРНК спостерігається в період ембріонального розвитку організмів і їхньою мішенню є транспозони.
піРНК разом з мікроРНК та міРНК (малі інтерферуючі РНК, англ. small interfering RNA, siRNA) виконують (англ. RNA silencing) — механізм рівня мРНК у клітинах. За допомогою РНК заглушення клітина здатна регулювати активність певних генів, швидко реагувати на сигнали що поступають до клітини, при цьому не змінювати нуклеотидну послідовність ДНК. Але піРНК на відміну від мікроРНК та міРНК не так сильно вивчені.
Історія відкриття
Вперше піРНК були виявлені у плодової мухи Drosophila melanogaster. При вивченні того, як в гаметах самців заглушується гени Stellate, було встановлено що з ділянки повторювальних елементів Su(Ste) зчитується РНК в обох напрямках: прямому та зворотному (сенс та антисенс), і така двоспіральна коротка РНК приводить до деградації транскриптів Stellate. Пізніше група Олексія Аравіна показала, що у тканинах сім'яників та у раннього ембріона D. melanogaster наявна велика кількість РНК завдовжки у 23-29 нуклеотидів, які були названі rasiRNA (англ. repeat associated small interfering RNA, малі інтерферуючі РНК, що асоційовані з повторами). У 2006 році було встановлено, що Piwi (англ. P-element-induced wimpy testis), білок родини Аргонавт, що у D. melanogaster відповідає за заглушення ретротранспозонів, взаємодіє саме з rasiRNA.
Біогенез
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWxMMlZpTDBablpXNWxMVEF6TFRBd01UTXlMV2N3TURKZk1TNXFjR2N2TXpNd2NIZ3RSbWRsYm1VdE1ETXRNREF4TXpJdFp6QXdNbDh4TG1wd1p3PT0uanBn.jpg)
піРНК мають довжину 25-33 нуклеотидів, в залежності від того, який PIWI білок бере участь у їх утворенні. піРНК походять з ДНК різних транспозонів, що називаються піРНК-кластерами. З різних локусів синтезуються піРНК, які мають свої власні, специфічні послідовності. На відміну від біогенезу мікроРНК та (ендо-міРНК), для дозрівання яких необхідна активність ферментів родини РНКази III (нуклеаз Дроша та Дайсер), піРНК генеруються незалежно від РНКаз III.
Біогенез піРНК краще всього зрозумілий у D. melanogaster. З одного піРНК кластеру може зчитуватися (транскрибуватися) РНК у прямому чи зворотному напрямках (сенс/антисенс). Результатом транскрипції є довга одноланцюгова молекула РНК, первинна піРНК чи піРНК прекурсор. В цитоплазмі поки що не до кінця з'ясований механізм приводить до дозрівання (процесингу) первинної піРНК до антисенсової піРНК довжиною 23-29 нуклеотидів, 5' кінцева ділянка яких дуже схильна на уридин (У). Далі білки сімейства Аргонавт (aubergine (AUB) та PIWI) зв'язуються з такою одноланцюговою антисенсовою піРНК і формують комплекс, що здатен призводити до нуклеазного розрізання мРНК активних транспозонів. Розщеплення мРНК активного транспозону призводить до утворення змістовної піРНК з сильною схильністю до аденіну. Цей механізм називається «пінг-понг цикл».
Функції
Основна роль піРНК — заглушення транспозонів, мобільних генетичних елементів в гаметах різних організмів (мухи, риби, ссавці). Ця роль достатньо консервативна, тобто залишається присутньою в несильно зміненому стані у багатьох тварин впродовж еволюціонування. Транспозони можуть негативно впливати на організм господаря, тому що такі генетичні елементи здатні до копіювання або вирізання та вставлення себе з одного місця ядерної ДНК на інше. Тому контроль активності транспозонів був важливим механізмом, який виробився в організмах. В дорослої тварини заглушення транспозонів відбувається також шляхом активності ендогенних інтерферуючих РНК, тоді як в гаметах таку функцію виконують саме піРНК.
РНК заглушення
Механізм РНК індукованого заглушення (англ. RNA silencing) виконує специфічне «вимкнення» генів-мішеней в організмах шляхом комплементарного розпізнавання мРНК відповідною малою некодуючою РНК (піРНК, мікроРНК чи міРНК). З такої нкРНК та білку сімейства Аргонавт формується RISC, РНК-індукований комплекс заглушення (англ. RNA induced silencing complex).
Деякі РНК формуються у вигляді двоспіральних молекул, але лише один ланцюг з'єднується з білком родини Аргонавт — це так званий гід-ланцюг (англ. guide strand).
Порушення, що виникають через несправності піРНК-залежного механізму
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODNMemRsTDFCcFVrNUJYM0JoZEdoM1lYbGZiWFYwWVc1MGMxOXphRzkzWDJkbGNtMXNhVzVsWDJSbFptVmpkSE5mYVc1ZlJISnZjMjl3YUdsc1lTNHVhbkJuTHpNMU1IQjRMVkJwVWs1QlgzQmhkR2gzWVhsZmJYVjBZVzUwYzE5emFHOTNYMmRsY20xc2FXNWxYMlJsWm1WamRITmZhVzVmUkhKdmMyOXdhR2xzWVM0dWFuQm4uanBn.jpg)
Заглушення генів за допомогою піРНК було досить детально вивчено в Drosophila, де цей каскадний шлях є важливим для формування гамет (гаметогенезу). Мутації в піРНК каскаді призводять до порушень як в створенні осі зародка, так і в формуванні гамет.
Див. також
Джерела
- RNA interference (RNAi): by Nature Video (англ.). Nature Reviews Genetics. 2011. ISSN 1471-0056.
- У млекопитающих найдена система управления мобильными генетическими элементами (рос.). «Элементы». 2007.
![]() | Це незавершена стаття з молекулярної біології. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
![]() | Це незавершена стаття з генетики. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Примітки
- Maartje J. Luteijn & Rene F. Ketting (August 2013). PIWI-interacting RNAs: from generation to transgenerational epigenetics. Nature reviews. Genetics. 14 (8): 523—534. doi:10.1038/nrg3495. PMID 23797853.
- A. A. Aravin, N. M. Naumova, A. V. Tulin, V. V. Vagin, Y. M. Rozovsky & V. A. Gvozdev (July 2001). Double-stranded RNA-mediated silencing of genomic tandem repeats and transposable elements in the D. melanogaster germline. . 11 (13): 1017—1027. PMID 11470406.
- Alexei A. Aravin, Mariana Lagos-Quintana, Abdullah Yalcin, Mihaela Zavolan, Debora Marks, Ben Snyder, Terry Gaasterland, Jutta Meyer & Thomas Tuschl (August 2003). The small RNA profile during Drosophila melanogaster development. . 5 (2): 337—350. PMID 12919683.
- Kuniaki Saito, Kazumichi M. Nishida, Tomoko Mori, Yoshinori Kawamura, Keita Miyoshi, Tomoko Nagami, Haruhiko Siomi & Mikiko C. Siomi (August 2006). Specific association of Piwi with rasiRNAs derived from retrotransposon and heterochromatic regions in the Drosophila genome. . 20 (16): 2214—2222. doi:10.1101/gad.1454806. PMID 16882972.
- Stephane E. Castel & Robert A. Martienssen (February 2013). RNA interference in the nucleus: roles for small RNAs in transcription, epigenetics and beyond. Nature reviews. Genetics. 14 (2): 100—112. doi:10.1038/nrg3355. PMID 23329111.
- Gunter Meister (July 2013). Argonaute proteins: functional insights and emerging roles. Nature reviews. Genetics. 14 (7): 447—459. doi:10.1038/nrg3462. PMID 23732335.
- Mikiko C. Siomi, Kaoru Sato, Dubravka Pezic & Alexei A. Aravin (April 2011). PIWI-interacting small RNAs: the vanguard of genome defence. . 12 (4): 246—258. doi:10.1038/nrm3089. PMID 21427766.
- Benjamin Czech & Gregory J. Hannon (January 2011). Small RNA sorting: matchmaking for Argonautes. Nature reviews. Genetics. 12 (1): 19—31. doi:10.1038/nrg2916. PMID 21116305.
- Jaspreet S. Khurana & William E. Theurkauf (2008). piRNA function in germline development. PMID 20614609.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
piRNK RNK sho vzayemodiyut z PIWI angl PIWI interacting RNA piRNA okremij klas malih nekoduyuchih RNK nkRNK angl ncRNA sho vzayemodiyut z dlya realizaciyi mehanizmu spryamovanogo zaglushennya aktivnosti geniv u tvarin Dovzhina piRNK syagaye 21 33 nukleotidi Najbilsha aktivnist piRNK sposterigayetsya v period embrionalnogo rozvitku organizmiv i yihnoyu mishennyu ye transpozoni piRNK razom z mikroRNK ta miRNK mali interferuyuchi RNK angl small interfering RNA siRNA vikonuyut angl RNA silencing mehanizm rivnya mRNK u klitinah Za dopomogoyu RNK zaglushennya klitina zdatna regulyuvati aktivnist pevnih geniv shvidko reaguvati na signali sho postupayut do klitini pri comu ne zminyuvati nukleotidnu poslidovnist DNK Ale piRNK na vidminu vid mikroRNK ta miRNK ne tak silno vivcheni Istoriya vidkrittyaVpershe piRNK buli viyavleni u plodovoyi muhi Drosophila melanogaster Pri vivchenni togo yak v gametah samciv zaglushuyetsya geni Stellate bulo vstanovleno sho z dilyanki povtoryuvalnih elementiv Su Ste zchituyetsya RNK v oboh napryamkah pryamomu ta zvorotnomu sens ta antisens i taka dvospiralna korotka RNK privodit do degradaciyi transkriptiv Stellate Piznishe grupa Oleksiya Aravina pokazala sho u tkaninah sim yanikiv ta u rannogo embriona D melanogaster nayavna velika kilkist RNK zavdovzhki u 23 29 nukleotidiv yaki buli nazvani rasiRNA angl repeat associated small interfering RNA mali interferuyuchi RNK sho asocijovani z povtorami U 2006 roci bulo vstanovleno sho Piwi angl P element induced wimpy testis bilok rodini Argonavt sho u D melanogaster vidpovidaye za zaglushennya retrotranspozoniv vzayemodiye same z rasiRNA BiogenezShematichne zobrazhennya mehanizmu biogenezu piRNK ta podalshogo piRNK indukovanogo zaglushennya geniv mishenej transpozoniv Antisensrvij piRNK prekursor pervinna piRNK zchituyetsya z piRNK klasteriv u yadri Vzhe v citoplazmi pervinnij shlyah generuye antisensovi piRNK Takozh zmistovni piRNK formuyutsya zavdyaki rozrizannyu sensovoyi mRNK transpozoniv u ping pong cikli Cikl zavershatsya pri dodatkovomu rozrizanni antisenovih pervinnih piRNK U yadro popadaye lishe kompleks piRNK PIWI piRNK MIWI u mishej piRNK mayut dovzhinu 25 33 nukleotidiv v zalezhnosti vid togo yakij PIWI bilok bere uchast u yih utvorenni piRNK pohodyat z DNK riznih transpozoniv sho nazivayutsya piRNK klasterami Z riznih lokusiv sintezuyutsya piRNK yaki mayut svoyi vlasni specifichni poslidovnosti Na vidminu vid biogenezu mikroRNK ta endo miRNK dlya dozrivannya yakih neobhidna aktivnist fermentiv rodini RNKazi III nukleaz Drosha ta Dajser piRNK generuyutsya nezalezhno vid RNKaz III Biogenez piRNK krashe vsogo zrozumilij u D melanogaster Z odnogo piRNK klasteru mozhe zchituvatisya transkribuvatisya RNK u pryamomu chi zvorotnomu napryamkah sens antisens Rezultatom transkripciyi ye dovga odnolancyugova molekula RNK pervinna piRNK chi piRNK prekursor V citoplazmi poki sho ne do kincya z yasovanij mehanizm privodit do dozrivannya procesingu pervinnoyi piRNK do antisensovoyi piRNK dovzhinoyu 23 29 nukleotidiv 5 kinceva dilyanka yakih duzhe shilna na uridin U Dali bilki simejstva Argonavt aubergine AUB ta PIWI zv yazuyutsya z takoyu odnolancyugovoyu antisensovoyu piRNK i formuyut kompleks sho zdaten prizvoditi do nukleaznogo rozrizannya mRNK aktivnih transpozoniv Rozsheplennya mRNK aktivnogo transpozonu prizvodit do utvorennya zmistovnoyi piRNK z silnoyu shilnistyu do adeninu Cej mehanizm nazivayetsya ping pong cikl FunkciyiOsnovna rol piRNK zaglushennya transpozoniv mobilnih genetichnih elementiv v gametah riznih organizmiv muhi ribi ssavci Cya rol dostatno konservativna tobto zalishayetsya prisutnoyu v nesilno zminenomu stani u bagatoh tvarin vprodovzh evolyucionuvannya Transpozoni mozhut negativno vplivati na organizm gospodarya tomu sho taki genetichni elementi zdatni do kopiyuvannya abo virizannya ta vstavlennya sebe z odnogo miscya yadernoyi DNK na inshe Tomu kontrol aktivnosti transpozoniv buv vazhlivim mehanizmom yakij virobivsya v organizmah V dorosloyi tvarini zaglushennya transpozoniv vidbuvayetsya takozh shlyahom aktivnosti endogennih interferuyuchih RNK todi yak v gametah taku funkciyu vikonuyut same piRNK RNK zaglushennya Mehanizm RNK indukovanogo zaglushennya angl RNA silencing vikonuye specifichne vimknennya geniv mishenej v organizmah shlyahom komplementarnogo rozpiznavannya mRNK vidpovidnoyu maloyu nekoduyuchoyu RNK piRNK mikroRNK chi miRNK Z takoyi nkRNK ta bilku simejstva Argonavt formuyetsya RISC RNK indukovanij kompleks zaglushennya angl RNA induced silencing complex Deyaki RNK formuyutsya u viglyadi dvospiralnih molekul ale lishe odin lancyug z yednuyetsya z bilkom rodini Argonavt ce tak zvanij gid lancyug angl guide strand Porushennya sho vinikayut cherez nespravnosti piRNK zalezhnogo mehanizmuMuhi riznih rodin z mutaciyami u kaskadnomu shlyahu piRNK zaglushennya geniv mayut defekti v zarodkovij liniyi WT angl wild type dikij tip A Zbilshennya aktivnosti transpozonu Stellate chervonij u armi ta aub mutantnih Drosophila DNK zelenij Masshtab vkazuye 20 mkm B Vkazani podvijni rozrivi DNK v mutantnoyi zarodkovoyi liniyi aub u tahinin germaria Masshtab vkazuye 20 mkm C Piwi neobhidni dlya podilu klitin v procesi oogenezu u tahinin germaria Vkazano vtratu bilshosti oocitnih komirok vidsutnist zarodkovih linij Ge U muh dikogo tipu WT S1 vkazuye na pershu oocitnu komirku Masshtab vkazuye 50 mkm Zaglushennya geniv za dopomogoyu piRNK bulo dosit detalno vivcheno v Drosophila de cej kaskadnij shlyah ye vazhlivim dlya formuvannya gamet gametogenezu Mutaciyi v piRNK kaskadi prizvodyat do porushen yak v stvorenni osi zarodka tak i v formuvanni gamet Div takozhRNK interferenciya Argonavt bilok MikroRNK EpigenetikaDzherelaRNA interference RNAi by Nature Video angl Nature Reviews Genetics 2011 ISSN 1471 0056 U mlekopitayushih najdena sistema upravleniya mobilnymi geneticheskimi elementami ros Elementy 2007 Ce nezavershena stattya z molekulyarnoyi biologiyi Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Ce nezavershena stattya z genetiki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi PrimitkiMaartje J Luteijn amp Rene F Ketting August 2013 PIWI interacting RNAs from generation to transgenerational epigenetics Nature reviews Genetics 14 8 523 534 doi 10 1038 nrg3495 PMID 23797853 A A Aravin N M Naumova A V Tulin V V Vagin Y M Rozovsky amp V A Gvozdev July 2001 Double stranded RNA mediated silencing of genomic tandem repeats and transposable elements in the D melanogaster germline 11 13 1017 1027 PMID 11470406 Alexei A Aravin Mariana Lagos Quintana Abdullah Yalcin Mihaela Zavolan Debora Marks Ben Snyder Terry Gaasterland Jutta Meyer amp Thomas Tuschl August 2003 The small RNA profile during Drosophila melanogaster development 5 2 337 350 PMID 12919683 Kuniaki Saito Kazumichi M Nishida Tomoko Mori Yoshinori Kawamura Keita Miyoshi Tomoko Nagami Haruhiko Siomi amp Mikiko C Siomi August 2006 Specific association of Piwi with rasiRNAs derived from retrotransposon and heterochromatic regions in the Drosophila genome 20 16 2214 2222 doi 10 1101 gad 1454806 PMID 16882972 Stephane E Castel amp Robert A Martienssen February 2013 RNA interference in the nucleus roles for small RNAs in transcription epigenetics and beyond Nature reviews Genetics 14 2 100 112 doi 10 1038 nrg3355 PMID 23329111 Gunter Meister July 2013 Argonaute proteins functional insights and emerging roles Nature reviews Genetics 14 7 447 459 doi 10 1038 nrg3462 PMID 23732335 Mikiko C Siomi Kaoru Sato Dubravka Pezic amp Alexei A Aravin April 2011 PIWI interacting small RNAs the vanguard of genome defence 12 4 246 258 doi 10 1038 nrm3089 PMID 21427766 Benjamin Czech amp Gregory J Hannon January 2011 Small RNA sorting matchmaking for Argonautes Nature reviews Genetics 12 1 19 31 doi 10 1038 nrg2916 PMID 21116305 Jaspreet S Khurana amp William E Theurkauf 2008 piRNA function in germline development PMID 20614609