Piwi

Domena Piwi
PDB 1z26 EBI.jpg
Struktura białka Argonaute Pyrococcus furiosus .
Identyfikatory
Symbol Piwi
Pfam PF02171
InterPro IPR003165
PROZYT PS50822
CDD cd02826
Dostępne struktury białkowe:
Pfam   konstrukcje / ECOD  
WPB RCSB WPB ; PDBe ; PDBj
Suma PDB podsumowanie struktury
WPB ​ , ​ , ​ , ​ , ​ , ​ , ​ , ​
Domena piwi białka argonautowego ze związanym siRNA , składniki indukowanego przez RNA kompleksu wyciszającego , który pośredniczy w wyciszaniu genów przez interferencję RNA .
Wszystkie ludzkie białka Piwi i białka argonautów mają te same domeny wiążące RNA, PAZ i Piwi.
Interakcje Piwi-piRNA: W jądrze szlak ten bierze udział w metylacji DNA (A), metylacji histonów H3K9 poprzez interakcje z białkiem heterochromatyny 1 (HP1) i metylotransferazą histonową H3K9 (B). Szlak Piwi-piRNA oddziałuje również z inicjatorem translacji eF (C).

Geny Piwi (lub PIWI ) zidentyfikowano jako białka regulatorowe odpowiedzialne za różnicowanie komórek macierzystych i komórek rozrodczych . Piwi to skrót od P -element Induced WI mpy jądra u Drosophila . Białka Piwi są wysoce konserwatywnymi białkami wiążącymi RNA i występują zarówno u roślin, jak i zwierząt. Białka Piwi należą do rodziny Argonaute/Piwi i zostały sklasyfikowane jako białka jądrowe. Studia nt Drosophila wykazały również, że białka Piwi nie mają aktywności krajalniczej wynikającej z obecności domeny Piwi. Ponadto Piwi wiąże się z białkiem heterochromatyny 1 , modyfikatorem epigenetycznym i sekwencjami komplementarnymi do piRNA. Są to oznaki roli, jaką Piwi odgrywa w regulacji epigenetycznej. Uważa się również, że białka Piwi kontrolują biogenezę piRNA, ponieważ wiele białek podobnych do Piwi zawiera aktywność fragmentatora, która umożliwiłaby białkom Piwi przetwarzanie prekursorowego piRNA w dojrzały piRNA.

Struktura i funkcja białek

Rozwiązano strukturę kilku białek Piwi i Argonaute (Ago). Białka Piwi to białka wiążące RNA z 2 lub 3 domenami : N-końcowa domena PAZ wiąże 3'-koniec kierującego RNA; środkowa domena MID wiąże 5'-fosforan RNA; a C-końcowa domena PIWI działa jako endonukleaza RNazy H , która może rozszczepiać RNA. Partnerami małych RNA białek Ago są mikroRNA (miRNA). Białka ago wykorzystują miRNA do wyciszania genów potranskrypcyjnie lub wykorzystania małe interferujące RNA (siRNA) zarówno w mechanizmach wyciszania transkrypcji , jak i potranskrypcji. Białka Piwi oddziałują z piRNA (28–33 nukleotydów), które są dłuższe niż miRNA i siRNA (~20 nukleotydów), co sugeruje, że ich funkcje różnią się od funkcji białek Ago.

Ludzkie białka Piwi

Obecnie istnieją cztery znane ludzkie białka Piwi — białko podobne do PIWI 1, białko podobne do PIWI 2, białko podobne do PIWI 3 i białko podobne do PIWI 4. Wszystkie ludzkie białka Piwi zawierają dwie domeny wiążące RNA, PAZ i Piwi. Cztery białka podobne do PIWI mają obszerne miejsce wiązania w domenie PAZ, które pozwala im wiązać obszerne 2'-OCH3 na końcu 3' RNA oddziałującego z piwi .

z głównych ludzkich homologów , którego regulacja w górę jest powiązana z powstawaniem nowotworów , takich jak nasieniaki , nazywany jest hiwi ( od ludzkiego piwi ).

Homologiczne białka myszy nazwano miwi (od mysiego p iwi ).

Rola w komórkach linii zarodkowej

Białka PIWI odgrywają kluczową rolę w płodności i rozwoju linii zarodkowych u zwierząt i orzęsków. Niedawno zidentyfikowane jako polarny składnik granulek, białka PIWI wydają się kontrolować tworzenie komórek zarodkowych w takim stopniu, że w przypadku braku białek PIWI następuje znaczny spadek tworzenia komórek zarodkowych. Podobne obserwacje przeprowadzono w przypadku mysich homologów PIWI, MILI, MIWI i MIWI2. Wiadomo, że te homologi są obecne w spermatogenezie. Miwi ulega ekspresji na różnych etapach tworzenia spermatocytów i wydłużania plemników, gdzie Miwi2 ulega ekspresji w komórkach Sertoliego . U myszy z niedoborem Mili lub Miwi-2 doszło do zatrzymania spermatogennych komórek macierzystych, a u myszy pozbawionych Miwi-2 nastąpiła degradacja spermatogonii. Wydaje się, że wpływ białek piwi na ludzkie i mysie linie zarodkowe wynika z ich zaangażowania w kontrolę translacji, ponieważ wiadomo, że Piwi i mały niekodujący RNA, RNA oddziałujący z piwi (piRNA), współfrakcjonują polisomy. Szlak piwi-piRNA indukuje również heterochromatyny w centromerach , wpływając w ten sposób na transkrypcję. Wydaje się, że szlak piwi-piRNA również chroni genom. Po raz pierwszy zaobserwowane u Drosophila zmutowane szlaki piwi-piRNA prowadziły do ​​bezpośredniego wzrostu liczby pęknięć dsDNA w komórkach rozrodczych jajnika. Rola szlaku piwi-piRNA w wyciszaniu transpozonów może być odpowiedzialna za zmniejszenie pęknięć dsDNA w komórkach rozrodczych.

Rola w interferencji RNA

Domena piwi to domena białkowa występująca w białkach piwi i dużej liczbie pokrewnych białek wiążących kwasy nukleinowe , szczególnie tych, które wiążą i rozszczepiają RNA . Funkcją domeny jest jednoniciowego RNA kierowana przez dwuniciowy RNA, którą określono w rodzinie pokrewnych białek argonautów . Argonauty, najlepiej poznana rodzina białek wiążących kwasy nukleinowe, to enzymy podobne do RNazy H , które pełnią funkcje katalityczne Kompleks wyciszający indukowany RNA (RISC). W dobrze znanym komórkowym procesie interferencji RNA , białko argonautowe w kompleksie RISC może wiązać zarówno mały interferujący RNA (siRNA) wytwarzany z egzogennego dwuniciowego RNA, jak i mikroRNA (miRNA) wytwarzany z endogennego niekodującego RNA , oba wytwarzane przez rybonukleaza Dicer , tworząc kompleks RNA-RISC. Kompleks ten wiąże i rozszczepia informacyjny RNA komplementarnego parowania zasad , niszcząc go i zapobiegając jego powstawaniu tłumaczenie na białko. Skrystalizowane domeny piwi mają konserwatywne zasadowe miejsce wiązania dla końca 5' związanego RNA; w przypadku białek argonautowych wiążących nici siRNA, ostatnia niesparowana nukleotydowa siRNA jest również stabilizowana przez układanie zasad – interakcje pomiędzy zasadą i sąsiednimi resztami tyrozynowymi .

Najnowsze dowody sugerują, że funkcjonalna rola białek piwi w określaniu linii zarodkowej wynika z ich zdolności do interakcji z miRNA. Wydaje się, że składniki szlaku miRNA są obecne w plazmie biegunowej i odgrywają kluczową rolę we wczesnym rozwoju i morfogenezie zarodków Drosophila melanogaster , u których szeroko badano utrzymanie linii zarodkowej.

piRNA i wyciszanie transpozonów

komórkach ssaków zdefiniowano nową klasę dłuższych niż przeciętne miRNA, znanych jako RNA oddziałujące z Piwi (piRNA), o długości około 26–31 nukleotydów w porównaniu z bardziej typowym miRNA lub siRNA o długości około 21 nukleotydów. Te piRNA ulegają ekspresji głównie w komórkach spermatogennych w jądrach ssaków. Jednak badania wykazały, że ekspresję piRNA można znaleźć w komórkach somatycznych jajnika i komórkach neuronowych u bezkręgowców, a także w wielu innych komórkach somatycznych ssaków. piRNA zidentyfikowano w genomach myszy , szczury i ludzie , z niezwykłą „skupioną” organizacją genomową, która może pochodzić z powtarzalnych regionów genomu, takich jak retrotranspozony lub regiony normalnie zorganizowane w heterochromatynę i które zwykle pochodzą wyłącznie z nici antysensownej dwuniciowego RNA. W związku z tym piRNA sklasyfikowano jako małe interferujące RNA związane z powtórzeniami ( rasiRNA ).

Chociaż ich biogeneza nie jest jeszcze dobrze poznana, uważa się, że piRNA i białka Piwi tworzą endogenny system wyciszający ekspresję samolubnych elementów genetycznych, takich jak retrotranspozony, i w ten sposób zapobiegający zakłócaniu produktów genów takich sekwencji w tworzeniu komórek zarodkowych.

  1. ^ ab Rivas FV, ​​Tolia NH, Song JJ i    in. (kwiecień 2005). „Oczyszczony Argonaute2 i siRNA tworzą rekombinowany ludzki RISC”. Nat. Struktura. Mol. Biol . 12 (4): 340–9. doi : 10.1038/nsmb918 . PMID 15800637 . S2CID 2021813 .
  2. ^    „Uniprot: Uniwersalna baza wiedzy” . Badania kwasów nukleinowych . 45 (D1): D158 – D169. 2017. doi : 10.1093/nar/gkw1099 . PMC 5210571 . PMID 27899622 .
  3. ^ Lindse K. (2013). „Piwi-RNA, obrońcy genomu” . {{ cite Journal }} : Cite Journal wymaga |journal= ( pomoc )
  4. ^   Cox DN, Chao A, Lin H (2000). „piwi koduje czynnik nukleoplazmatyczny, którego aktywność moduluje liczbę i tempo podziału germinalnych komórek macierzystych”. Rozwój . 127 (3): 503–14. doi : 10.1242/od 127.3.503 . PMID 10631171 .
  5. ^   Lin H., Spradling AC (1997). „Nowa grupa mutacji pumilio wpływa na asymetryczny podział komórek macierzystych linii zarodkowej w jajniku Drosophila”. Rozwój . 124 (12): 2463–2476. doi : 10.1242/od 124.12.2463 . PMID 9199372 .
  6. ^    Cox DN, Chao A, Baker J, Chang L, Qiao D, Lin H (1998). „Nowa klasa ewolucyjnie konserwatywnych genów zdefiniowana przez Piwi jest niezbędna do samoodnowy komórek macierzystych” . Genes Dev . 12 (23): 3715–27. doi : 10.1101/gad.12.23.3715 . PMC 317255 . PMID 9851978 .
  7. ^    Darricarrere N, Liu N, Watanabe T, Lin H (2013). „Funkcja Piwi, jądrowego białka Piwi / Argonaute, jest niezależna od jego aktywności krajalniczej” . Proc Natl Acad Sci USA . 110 (6): 1297–1302. Kod Bib : 2013PNAS..110.1297D . doi : 10.1073/pnas.1213283110 . PMC 3557079 . PMID 23297219 .
  8. ^ ab Zeng     , Lei; Zhang, Qiang; Yan, Kelley; Zhou, Ming-Ming (01.06.2011). „Strukturalne spostrzeżenia dotyczące rozpoznawania piRNA przez ludzką domenę 1 PAZ podobną do PIWI” . Białka: struktura, funkcja i bioinformatyka . 79 (6): 2004–2009. doi : 10.1002/prot.23003 . ISSN 1097-0134 . PMC 3092821 . PMID 21465557 .
  9. ^     Wei, Kai-Fa; Wu, Ling-Juan; Chen, Juan; Chen, Yan-feng; Xie, Dao-Xin (sierpień 2012). „Ewolucja strukturalna i analizy dywersyfikacji funkcjonalnej białka argonauty”. Journal of Cellular Biochemistry . 113 (8): 2576–2585. doi : 10.1002/jcb.24133 . ISSN 1097-4644 . PMID 22415963 . S2CID 25990631 .
  10. ^    Tian Y, Simanshu D, Ma J, Patel D (2010). „Podstawa strukturalna rozpoznawania 2'-O-metylowanego końca 3' piRNA przez domeny Piwi PAZ (Piwi / Argonaute / Zwille)” . Proc. Natl. Acad. Nauka. USA . 108 (3): 903–910. doi : 10.1073/pnas.1017762108 . PMC 3024652 . PMID 21193640 .
  11. ^   Qiao D, Zeeman AM, Deng W, Looijenga LH, Lin H (2002). „Molekularna charakterystyka hiwi, ludzkiego członka rodziny genów piwi, którego nadekspresja jest skorelowana z nasieniakami” . Onkogen . 21 (25): 3988–99. doi : 10.1038/sj.onc.1205505 . PMID 12037681 .
  12. ^   Deng W., Lin H. (2002). „miwi, mysi homolog piwi, koduje białko cytoplazmatyczne niezbędne do spermatogenezy” . Komórka deweloperska . 2 (6): 819–30. doi : 10.1016/s1534-5807(02)00165-x . PMID 12062093 .
  13. ^    Mani S, Juliano C (2013). „Rozplątywanie sieci: różnorodne funkcje ścieżki PIWI / piRNA” . Mol. Odtwórz Dev . 80 (8): 632–664. doi : 10.1002/mrd.22195 . PMC 4234069 . PMID 23712694 .
  14. ^    Thomson T., Lin H. (2009). „Biogeneza i funkcja białek PIWI i piRNA: postęp i perspektywy” . Annu. Wielebny Cell Dev. Biol . 25 : 355–376. doi : 10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175327 . PMC 2780330 . PMID 19575643 .
  15. ^   Cerutti L, Mian N, Bateman A (październik 2000). „Domeny w białkach wyciszania genów i różnicowania komórek: nowa domena PAZ i redefinicja domeny Piwi”. Trendy Biochem. Nauka . 25 (10): 481–2. doi : 10.1016/S0968-0004(00)01641-8 . PMID 11050429 .
  16. ^    Ma J, Yuan Y, Meister G, Pei Y, Tuschl T, Patel D (2005). „Strukturalne podstawy rozpoznawania specyficznego dla końca 5' przewodnika RNA przez białko A. fulgidus Piwi” . Natura . 434 (7033): 666–70. Bibcode : 2005Natur.434..666M . doi : 10.1038/natura03514 . PMC 4694588 . PMID 15800629 .
  17. ^    Megosh HB, Cox DN, Campbell C, Lin H (2006). „Rola PIWI i maszynerii miRNA w określaniu linii zarodkowej Drosophila” . Curr Biol . 16 (19): 1884–94. doi : 10.1016/j.cub.2006.08.051 . PMID 16949822 . S2CID 6397874 .
  18. ^   Kim VN (2006). „Małe RNA właśnie stały się większe: RNA oddziałujące z Piwi (piRNA) w jądrach ssaków” . Genes Dev . 20 (15): 1993–7. doi : 10.1101/gad.1456106 . PMID 16882976 .
  19. ^    Girard A, Sachidanandam R, Hannon GJ, Carmell MA (2006). „Specyficzna dla linii zarodkowej klasa małych RNA wiąże białka Piwi ssaków”. Natura . 442 (7099): 199–202. Bibcode : 2006Natur.442..199G . doi : 10.1038/natura04917 . PMID 16751776 . S2CID 3185036 .
  20. ^ a b    Vagin VV, Sigova A, Li C, Seitz H, Gvozdev V, Zamore PD (2006). „Odrębny szlak małego RNA wycisza samolubne elementy genetyczne w linii zarodkowej”. Nauka . 313 (5785): 320–4. Bibcode : 2006Sci...313..320V . doi : 10.1126/science.1129333 . PMID 16809489 . S2CID 40471466 .
  21. ^    Saito K, Nishida KM, Mori T, Kawamura Y, Miyoshi K, Nagami T, Siomi H, Siomi MC (2006). „Specyficzne powiązanie Piwi z rasiRNA pochodzącymi z regionów retrotranspozonowych i heterochromatycznych w genomie Drosophila” . Genes Dev . 20 (16): 2214–22. doi : 10.1101/gad.1454806 . PMC 1553205 . PMID 16882972 .
  22. ^    Ozata DM, Gainetdinov I, Zoch A, Phillip D, Zamore PD (2019). „RNA oddziałujące z PIWI: małe RNA o dużych funkcjach” (PDF) . Nature Recenzje Genetyka . 20 (2): 89–108. doi : 10.1038/s41576-018-0073-3 . PMID 30446728 . S2CID 53565676 .

Linki zewnętrzne

Źródło: „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Piwi&oldid=1098648148 ”