Пиви - Piwi

Piwi домен
PDB 1z26 EBI.jpg
Структура Pyrococcus furiosus Протеин аргонавта.[1]
Идентификаторы
СимволПиви
PfamPF02171
ИнтерПроIPR003165
PROSITEPS50822
CDDcd02826
Домен piwi аргонавт белок со связанным миРНК, компоненты РНК-индуцированный комплекс сайленсинга это посредник подавление гена к РНК-интерференция.
Все человеческие белки Piwi и аргонавт белки имеют одинаковые РНК-связывающие домены PAZ и Piwi.[2]
Piwi-piRNA взаимодействия: внутри ядра этот путь участвует в Метилирование ДНК (A), метилирование гистонов H3K9 через взаимодействия с гетерохроматиновый белок 1 (HP1) и H3K9 гистон-метилтрансфераза (В). Путь Piwi-piRNA также взаимодействует с инициатором трансляции elF (C).[3]

Пиви (или же PIWI) гены были определены как регулирующий белки ответственный за стволовая клетка и половая клетка дифференциация.[4] Piwi - это аббревиатура от п-элемент явызванный WImpy яичка в Дрозофила.[5] Белки Piwi очень консервированный РНК-связывающие белки и присутствуют как в растениях, так и в животных.[6] Белки Piwi принадлежат к семейству Argonaute / Piwi и были классифицированы как ядерные белки. Исследования по Дрозофила также указали, что белки Piwi обладают срезной активностью, обусловленной присутствием домена Piwi.[7] Кроме того, Piwi сотрудничает с гетерохроматиновый белок 1, эпигенетический модификатор и последовательности, комплементарные piRNA. Это указание на роль Piwi в эпигенетической регуляции. Также считается, что белки Piwi контролируют биогенез пиРНК, поскольку многие Piwi-подобные белки обладают срезной активностью, которая позволяет белкам Piwi преобразовывать предшественник пиРНК в зрелую пиРНК.

Структура и функция белка

В состав нескольких Piwi и Белки аргонавта (Назад) были решены. Белки Piwi - это РНК-связывающие белки с 2 или 3 домены: N-терминал PAZ домен связывает 3'-конец направляющей РНК; середина MID домен связывает 5'-фосфат РНК; и C-терминал PIWI домен действует как РНКаза H эндонуклеаза которые могут расщеплять РНК.[8][9] Малые РНК-партнеры белков Ago: микроРНК (миРНК). Белки Ago используют miRNA, чтобы заглушить гены посттранскрипционно или использовать малые интерферирующие РНК (миРНК) в обоих транскрипция и посттранскрипционные механизмы сайленсинга. Белки Piwi взаимодействуют с piRNA (28–33 нуклеотида), которые длиннее, чем miRNAs и siRNA (~ 20 нуклеотидов), указывая тем самым, что их функции отличаются от функций белков Ago.[8]

Белки Piwi человека

В настоящее время известно четыре человеческих белка Piwi - PIWI-подобный протеин 1, PIWI-подобный протеин 2, PIWI-подобный протеин 3 и PIWI-подобный протеин 4. Все человеческие протеины Piwi содержат два РНК-связывающих домена, PAZ и Piwi. Четыре PIWI-подобных белка имеют обширный сайт связывания в домене PAZ, который позволяет им связывать объемный 2’-OCH3 на 3 ’конце piwi-взаимодействующая РНК.[10]

Один из главных людей гомологи, чья активация участвует в формировании опухоли Такие как семиномы, называется хиви (за часУмань Пиви).[11]

Гомологичные белки у мышей получили название miwi (от мouse pиви).[12]

Роль в зародышевых клетках

Белки PIWI играют решающую роль в фертильности и развитии зародышевой линии у животных и инфузорий. Недавно идентифицированные как полярный гранулярный компонент, белки PIWI, по-видимому, настолько сильно контролируют образование зародышевых клеток, что в отсутствие белков PIWI происходит значительное снижение образования зародышевых клеток. Аналогичные наблюдения были сделаны с мышиными гомологами PIWI, MILI, MIWI и MIWI2. Известно, что эти гомологи присутствуют в сперматогенезе. Miwi экспрессируется на различных стадиях образования сперматоцитов и удлинения сперматид, где Miwi2 экспрессируется в Клетки Сертоли. У мышей с дефицитом Mili или Miwi-2 наблюдалась остановка сперматогенных стволовых клеток, а у мышей, лишенных Miwi-2, происходила деградация сперматогоний.[13]Эффекты белков piwi в зародышевых линиях человека и мыши, по-видимому, связаны с их участием в контроле трансляции, поскольку Piwi и малая некодирующая РНК, piwi-взаимодействующая РНК (piRNA), как известно, совместно фракционируют полисомы. Путь piwi-piRNA также индуцирует гетерохроматин формирование в центромеры,[14] таким образом влияя на транскрипцию. Путь piwi-piRNA также, по-видимому, защищает геном. Впервые обнаруженные у Drosophila, мутантные пути piwi-piRNA привели к прямому увеличению разрывов dsDNA в половых клетках яичников. Роль пути piwi-piRNA в подавлении транспозонов может быть ответственна за уменьшение разрывов дцДНК в половых клетках.

Роль в интерференции РНК

В piwi домен[15] это белковый домен содержится в белках piwi и большом количестве родственных нуклеиновая кислота -связывающие белки, особенно те, которые связывают и расщепляют РНК. Функция домена двухцепочечная РНК -направляемый гидролиз одноцепочечной РНК, который был определен в аргонавт семейство родственных белков.[1] Аргонавты, наиболее хорошо изученное семейство белков, связывающих нуклеиновые кислоты, являются РНКаза H -подобно ферменты которые выполняют каталитический функции РНК-индуцированный комплекс сайленсинга (RISC). В хорошо известном клеточном процессе РНК-интерференция, белок аргонавта в комплексе RISC может связывать как малая интерферирующая РНК (миРНК) генерируется из экзогенный двухцепочечная РНК и микроРНК (miRNA) генерируется из эндогенный некодирующая РНК, оба произведены рибонуклеаза Дайсер, чтобы сформировать комплекс РНК-RISC. Этот комплекс связывает и расщепляет дополнительный базовая пара информационная РНК, разрушая его и предотвращая его перевод в белок. Кристаллизованные домены piwi имеют консервативную базовый сайт привязки для 5 'конец связанной РНК; в случае белков аргонавта, связывающих цепи миРНК, последние непарные нуклеотид основание миРНК также стабилизируется базовая укладка -взаимодействие между базой и соседними тирозин остатки.[16]

Недавние данные указывают на то, что функциональная роль белков piwi в детерминации зародышевой линии обусловлена ​​их способностью взаимодействовать с miRNAs. Компоненты пути miRNA, по-видимому, присутствуют в плазме полюсов и играют ключевую роль на ранних стадиях. разработка и морфогенез из Drosophila melanogaster эмбрионы, в котором поддержание зародышевой линии было тщательно изучено.[17]

пиРНК и подавление транспозонов

Недавно появился новый класс миРНК, длина которых превышает среднюю, известная как Piwi-взаимодействующие РНК (пиРНК) была определена в млекопитающее ячеек, около 26-31 нуклеотиды длиннее по сравнению с более типичной миРНК или миРНК примерно из 21 нуклеотида. Эти пиРНК экспрессируются в основном в сперматогенный ячейки в яички млекопитающих.[18] Однако недавние исследования показали, что экспрессия piRNA может быть обнаружена в соматических клетках яичников и клетках нейронов беспозвоночных, а также во многих других соматических клетках млекопитающих. piRNA были идентифицированы в геномы из мышей, крысы, и люди, с необычной "кластерной" геномной организацией[19] которые могут происходить из повторяющихся областей генома, таких как ретротранспозоны или регионы, обычно организованные в гетерохроматин, и которые обычно получаются исключительно из антисмысловой цепь двухцепочечной РНК.[20] piRNA были классифицированы как связанные с повтором малые интерферирующие РНК (расиРНК ).[21] Хотя их биогенез еще недостаточно изучен, считается, что piRNA и белки Piwi образуют эндогенную систему для подавления экспрессии эгоистичные генетические элементы такие как ретротранспозоны, и, таким образом, предотвращают влияние генных продуктов таких последовательностей на образование зародышевых клеток.[20]

Рекомендации

  1. ^ а б Ривас Ф.В., Толик Н.Х., Сонг Дж. Дж. И др. (Апрель 2005 г.). «Очищенный Argonaute2 и миРНК образуют рекомбинантный человеческий RISC». Nat. Struct. Мол. Биол. 12 (4): 340–9. Дои:10.1038 / nsmb918. PMID  15800637. S2CID  2021813.
  2. ^ «Юнипрот: Универсальная база знаний». Исследования нуклеиновых кислот. 45 (D1): D158 – D169. 2017 г. Дои:10.1093 / нар / gkw1099. ЧВК  5210571. PMID  27899622.
  3. ^ Линдсе К. (2013). «Пиви-РНК, защитники генома». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Кокс Д. Н., Чао А., Лин Х (2000). «piwi кодирует нуклеоплазматический фактор, активность которого модулирует количество и скорость деления стволовых клеток зародышевой линии». Разработка. 127 (3): 503–14. PMID  10631171.
  5. ^ Лин Х., Spradling AC (1997). «Новая группа мутаций pumilio влияет на асимметричное деление стволовых клеток зародышевой линии в яичнике дрозофилы». Разработка. 124 (12): 2463–2476. PMID  9199372.
  6. ^ Кокс Д. Н., Чао А., Бейкер Дж, Чанг Л., Цяо Д., Линь Х (1998). «Новый класс эволюционно консервативных генов, определенных piwi, необходим для самообновления стволовых клеток». Genes Dev. 12 (23): 3715–27. Дои:10.1101 / gad.12.23.3715. ЧВК  317255. PMID  9851978.
  7. ^ Даррикаррере Н., Лю Н., Ватанабе Т., Лин Х. (2013). «Функция Piwi, ядерного белка Piwi / Argonaute, не зависит от его срезательной активности». Proc Natl Acad Sci USA. 110 (6): 1297–1302. Bibcode:2013PNAS..110.1297D. Дои:10.1073 / pnas.1213283110. ЧВК  3557079. PMID  23297219.
  8. ^ а б Цзэн, Лэй; Чжан, Цян; Ян, Келли; Чжоу Мин-Мин (01.06.2011). «Структурное понимание распознавания piRNA человеческим PIWI-подобным 1 PAZ доменом». Белки: структура, функции и биоинформатика. 79 (6): 2004–2009. Дои:10.1002 / prot.23003. ISSN  1097-0134. ЧВК  3092821. PMID  21465557.
  9. ^ Вэй, Кай-Фа; У, Лин-Хуан; Чен, Хуан; Чен, Ян-фэн; Се, Дао-Синь (август 2012 г.). «Структурная эволюция и функциональная диверсификация анализов аргонавта белка». Журнал клеточной биохимии. 113 (8): 2576–2585. Дои:10.1002 / jcb.24133. ISSN  1097-4644. PMID  22415963.
  10. ^ Тиан Й., Симаншу Д., Ма Дж., Патель Д. (2010). «Структурная основа распознавания 2'-O-метилированного 3'-конца пиРНК доменами Piwi PAZ (Piwi / Argonaute / Zwille)». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 108 (3): 903–910. Дои:10.1073 / pnas.1017762108. ЧВК  3024652. PMID  21193640.
  11. ^ Цяо Д., Зееман А.М., Дэн В., Лойенга Л.Х., Линь Х (2002). «Молекулярная характеристика hiwi, человеческого члена семейства генов piwi, избыточная экспрессия которого коррелирует с семиномами». Онкоген. 21 (25): 3988–99. Дои:10.1038 / sj.onc.1205505. PMID  12037681.
  12. ^ Дэн В., Линь Х (2002). «miwi, мышиный гомолог piwi, кодирует цитоплазматический белок, необходимый для сперматогенеза». Dev Cell. 2 (6): 819–30. Дои:10.1016 / с1534-5807 (02) 00165-х. PMID  12062093.
  13. ^ Мани С., Джулиано С. (2013). «Распутывая Интернет: разнообразные функции пути PIWI / piRNA». Мол. Репрод. Dev. 80 (8): 632–664. Дои:10.1002 / mrd.22195. ЧВК  4234069. PMID  23712694.
  14. ^ Томсон Т., Линь Х (2009). "Биогенез и функции белков PIWI и piRNA: прогресс и перспективы". Анну. Rev. Cell Dev. Биол. 25: 355–376. Дои:10.1146 / annurev.cellbio.24.110707.175327. ЧВК  2780330. PMID  19575643.
  15. ^ Серутти Л., Миан Н., Бейтман А. (октябрь 2000 г.). «Домены в белках сайленсинга генов и дифференцировки клеток: новый PAZ-домен и новое определение Piwi-домена». Trends Biochem. Наука. 25 (10): 481–2. Дои:10.1016 / S0968-0004 (00) 01641-8. PMID  11050429.
  16. ^ Ма Дж, Юань Й, Майстер Дж, Пей Й, Тушл Т., Патель Д. (2005). «Структурная основа для 5'-конца специфического распознавания направляющей РНК белком A. fulgidus Piwi». Природа. 434 (7033): 666–70. Bibcode:2005Натура.434..666М. Дои:10.1038 / природа03514. ЧВК  4694588. PMID  15800629.
  17. ^ Мегош HB, Кокс Д. Н., Кэмпбелл К., Лин Х (2006). «Роль PIWI и механизма miRNA в определении зародышевой линии Drosophila». Curr Biol. 16 (19): 1884–94. Дои:10.1016 / j.cub.2006.08.051. PMID  16949822. S2CID  6397874.
  18. ^ Ким В.Н. (2006). «Маленькие РНК стали больше: РНК, взаимодействующие с Piwi (пиРНК) в семенниках млекопитающих». Genes Dev. 20 (15): 1993–7. Дои:10.1101 / gad.1456106. PMID  16882976.
  19. ^ Жирар А., Сачиданандам Р., Хэннон Г.Дж., Кармелл М.А. (2006). «Специфический для зародышевой линии класс малых РНК связывает белки Piwi млекопитающих». Природа. 442 (7099): 199–202. Bibcode:2006Натура.442..199G. Дои:10.1038 / природа04917. PMID  16751776. S2CID  3185036.
  20. ^ а б Вагин В.В., Сигова А., Ли Ц., Зейтц Х., Гвоздев В., Заморе П.Д. (2006). «Особый путь малой РНК заставляет замолчать эгоистичные генетические элементы в зародышевой линии». Наука. 313 (5785): 320–4. Bibcode:2006Научный ... 313..320В. Дои:10.1126 / science.1129333. PMID  16809489. S2CID  40471466.
  21. ^ Сайто К., Нисида К.М., Мори Т., Кавамура Ю., Миёси К., Нагами Т., Сиоми Х., Сиоми М.С. (2006). «Специфическая ассоциация Piwi с rasiRNAs, полученными из ретротранспозонов и гетерохроматиновых областей в геноме дрозофилы». Genes Dev. 20 (16): 2214–22. Дои:10.1101 / gad.1454806. ЧВК  1553205. PMID  16882972.

внешняя ссылка