Пиви
| Домен Пиви | |||
|---|---|---|---|
 Структура белка Pyrococcus Furiosus Argonaute. [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Пиви | ||
| Пфам | PF02171 | ||
| ИнтерПро | ИПР003165 | ||
| PROSITE | ПС50822 | ||
| CDD | cd02826 | ||
| |||
Piwi (или PIWI ) Гены были идентифицированы как регуляторные белки, ответственные за стволовых и зародышевых клеток дифференцировку . [ 4 ] Piwi — это аббревиатура P -элемента I, индуцированного WI mpy testis. [ а ] у дрозофилы . [ 6 ] Белки Piwi представляют собой высококонсервативные РНК -связывающие белки и присутствуют как у растений, так и у животных. [ 7 ] Белки Piwi принадлежат к семейству Argonaute/Piwi и классифицируются как ядерные белки. Исследования на дрозофиле также показали, что белки Piwi не обладают срезной активностью, обусловленной наличием домена Piwi. [ 8 ] Кроме того, Piwi связывается с белком гетерохроматина 1 , эпигенетическим модификатором и комплементарными piRNA последовательностями. Это указывает на роль Piwi в эпигенетической регуляции. Считается также, что белки Piwi контролируют биогенез piRNA, поскольку многие Piwi-подобные белки обладают слайсерной активностью, которая позволяет белкам Piwi процессировать предшественника piRNA в зрелую piRNA.
Структура и функции белка
[ редактировать ]структура нескольких белков Piwi и Argonaute Расшифрована (Ago). Белки Piwi представляют собой РНК-связывающие белки с 2 или 3 доменами : N-концевой домен PAZ связывает 3'-конец направляющей РНК; средний домен MID связывает 5'-фосфат РНК; а С-концевой домен PIWI действует как РНКазы H эндонуклеаза , которая может расщеплять РНК. [ 9 ] [ 10 ] Малыми РНК-партнерами белков Ago являются микроРНК (миРНК). Белки Ago используют микроРНК для подавления посттранскрипционного молчания генов или используют малые интерферирующие РНК (siRNA) как в механизмах транскрипционного , так и посттранскрипционного молчания. Белки Piwi взаимодействуют с piRNA (28–33 нуклеотидов), которые длиннее, чем miRNA и siRNA (~20 нуклеотидов), что указывает на то, что их функции отличаются от функций Ago-белков. [ 9 ]
Белки Пиви человека
[ редактировать ]В настоящее время известно четыре белка Piwi человека - PIWI-подобный белок 1, PIWI-подобный белок 2, PIWI-подобный белок 3 и PIWI-подобный белок 4. Все белки Piwi человека содержат два РНК-связывающих домена, PAZ и Piwi. Четыре PIWI-подобных белка имеют просторный сайт связывания внутри домена PAZ, который позволяет им связывать объемистый 2'-OCH3 на 3'-конце piwi-взаимодействующей РНК . [ 11 ]
Один из основных человеческих гомологов , активация которого участвует в формировании опухолей таких как семиномы , называется хиви ( от человеческого пиви , ). [ 12 ]
Гомологичные белки у мышей получили название миви (от mouse piwi ) . [ 13 ]
Роль в зародышевых клетках
[ редактировать ]Белки PIWI играют решающую роль в фертильности и развитии зародышевой линии у животных и инфузорий. Недавно идентифицированные как полярный компонент гранул, 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 формирования сперматоцитов и удлинения сперматид, где Miwi2 экспрессируется в клетках Сертоли . У мышей с дефицитом Mili или Miwi-2 наблюдалась остановка сперматогенных стволовых клеток, а у мышей, у которых не было Miwi-2, сперматогонии подвергались деградации. [ 14 ] Эффекты белков piwi в зародышевых линиях человека и мыши, по-видимому, обусловлены 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 образование гетерохроматина в центромерах . [ 15 ] тем самым влияя на транскрипцию. Путь piwi-piRNA также, по-видимому, защищает геном. Впервые обнаруженные у дрозофилы, мутантные пути piwi-piRNA приводили к прямому увеличению разрывов дцДНК в зародышевых клетках яичников. Роль пути piwi-piRNA в молчании транспозонов может быть ответственна за уменьшение разрывов дцДНК в зародышевых клетках.
Роль в интерференции РНК
[ редактировать ]Домен Piwi [ 16 ] представляет собой белковый домен, обнаруженный в белках piwi и большом количестве родственных белков, связывающих нуклеиновые кислоты , особенно тех, которые связывают и расщепляют РНК . Функция домена заключается в управляемом двухцепочечной РНК гидролизе одноцепочечной РНК, который был определен в argonaute . семействе родственных белков [ 1 ] Argonautes, наиболее хорошо изученное семейство белков, связывающих нуклеиновые кислоты, представляет собой РНКазу H -подобные ферменты , которые выполняют каталитические функции РНК-индуцированного комплекса молчания (RISC). В хорошо известном клеточном процессе РНК-интерференции белок аргонавт в комплексе RISC может связывать как малую интерферирующую РНК (миРНК), генерируемую из экзогенной двухцепочечной РНК, так и микроРНК (миРНК), генерируемую из эндогенной некодирующей РНК , обе продуцируемые рибонуклеаза . Dicer с образованием комплекса РНК-RISC Этот комплекс связывает и расщепляет комплементарную информационную РНК , разрушая ее и предотвращая ее трансляцию в белок. Кристаллизованные домены piwi имеют консервативный основной сайт связывания на 5'-конце связанной РНК; в случае белков-аргонавтов, связывающих цепи миРНК, последнее неспаренное нуклеотидное основание миРНК также стабилизируется за счет стекинга оснований - взаимодействий между основанием и соседними остатками тирозина . [ 17 ]
Недавние данные свидетельствуют о том, что функциональная роль белков piwi в определении зародышевой линии обусловлена их способностью взаимодействовать с miRNAs. Компоненты пути miRNA, по-видимому, присутствуют в полюсной плазме и играют ключевую роль в раннем Drosophila melanogaster , у которых развитии и морфогенезе эмбрионов поддержание зародышевой линии широко изучено. [ 18 ]
piRNA и замалчивание транспозонов
[ редактировать ]новый класс микроРНК длиннее среднего, известный как Piwi-взаимодействующие РНК был определен В клетках млекопитающих (piRNA) , длиной около 26-31 нуклеотида по сравнению с более типичными микроРНК или миРНК длиной около 21 нуклеотида. Эти piRNA экспрессируются главным образом в сперматогенных клетках семенников млекопитающих . [ 19 ] Но исследования показали, что экспрессию piRNA можно обнаружить в соматических клетках яичников и нейронных клетках беспозвоночных, а также во многих других соматических клетках млекопитающих. piRNAs были идентифицированы в геномах мышей крыс , с и людей необычной «кластерной» геномной организацией. [ 20 ] которые могут происходить из повторяющихся областей генома, таких как ретротранспозоны или области, обычно организованные в гетерохроматин , и которые обычно происходят исключительно из антисмысловой цепи двухцепочечной РНК. [ 21 ] Таким образом, piRNA были классифицированы как малые интерферирующие РНК, связанные с повторами ( rasiRNA ). [ 22 ]
Хотя их биогенез еще недостаточно изучен, считается, что piRNA и белки Piwi образуют эндогенную систему, подавляющую экспрессию эгоистичных генетических элементов, таких как ретротранспозоны, и, таким образом, предотвращающую вмешательство генных продуктов таких последовательностей в образование зародышевых клеток. [ 21 ] [ 23 ]
Сноски
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ривас Ф.В., Толя Н.Х., Сонг Дж.Дж. и др. (апрель 2005 г.). «Очищенный Argonaute2 и миРНК образуют рекомбинантный RISC человека». Нат. Структура. Мол. Биол . 12 (4): 340–9. дои : 10.1038/nsmb918 . ПМИД 15800637 . S2CID 2021813 .
- ^ «Юнипрот: Универсальная база знаний» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (Д1): Д158–Д169. 2017. дои : 10.1093/nar/gkw1099 . ПМК 5210571 . ПМИД 27899622 .
- ^ Линдс К. (2013). «Пиви-РНК, защитники генома» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ 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. дои : 10.1242/dev.127.3.503 . ПМИД 10631171 .
- ^ Росс Р.Дж., Вайнер М.М., Лин Х (2014). «Белки PIWI и PIWI-взаимодействующие РНК в соме» . Природа . 505 (7483): 353–359. Бибкод : 2014Natur.505..353R . дои : 10.1038/nature12987 . ПМЦ 4265809 . ПМИД 24429634 .
- ^ Лин Х, Спрэдлинг AC (1997). «Новая группа мутаций pumilio влияет на асимметричное деление стволовых клеток зародышевой линии в яичнике дрозофилы». Разработка . 124 (12): 2463–2476. дои : 10.1242/dev.124.12.2463 . ПМИД 9199372 .
- ^ Кокс Д.Н., Чао А., Бейкер Дж., Чанг Л., Цяо Д., Линь Х. (1998). «Новый класс эволюционно консервативных генов, определенный piwi, необходим для самообновления стволовых клеток» . Генс Дев . 12 (23): 3715–27. дои : 10.1101/gad.12.23.3715 . ПМК 317255 . ПМИД 9851978 .
- ^ Даррикаррере Н., Лю Н., Ватанабэ Т., Лин Х. (2013). «Функция Piwi, ядерного белка Piwi/Argonaute, не зависит от его слайсерной активности» . Proc Natl Acad Sci США . 110 (6): 1297–1302. Бибкод : 2013PNAS..110.1297D . дои : 10.1073/pnas.1213283110 . ПМЦ 3557079 . ПМИД 23297219 .
- ^ Jump up to: а б Цзэн, Лей; Чжан, Цян; Ян, Келли; Чжоу, Мин-Мин (01 июня 2011 г.). «Структурные данные о распознавании piRNA человеческим PIWI-подобным доменом 1 PAZ» . Белки: структура, функции и биоинформатика . 79 (6): 2004–2009. дои : 10.1002/прот.23003 . ISSN 1097-0134 . ПМК 3092821 . ПМИД 21465557 .
- ^ Вэй, Кай-Фа; Ву, Лин-Хуан; Чен, Хуан; Чен, Янь-фэн; Се, Дао-Синь (август 2012 г.). «Анализ структурной эволюции и функционального разнообразия белка аргонавта». Журнал клеточной биохимии . 113 (8): 2576–2585. дои : 10.1002/jcb.24133 . ISSN 1097-4644 . ПМИД 22415963 . S2CID 25990631 .
- ^ Тянь Ю, Симаншу Д, Ма Дж, Патель Д (2010). «Структурная основа распознавания 2'-O-метилированного 3'-конца piRNA доменами Piwi PAZ (Piwi/Argonaute/Zwille)» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 108 (3): 903–910. дои : 10.1073/pnas.1017762108 . ПМК 3024652 . ПМИД 21193640 .
- ^ Цяо Д., Зееман А.М., Дэн В., Лоойженга Л.Х., Линь Х. (2002). «Молекулярная характеристика hiwi, человеческого члена семейства генов piwi, сверхэкспрессия которого коррелирует с семиномами» . Онкоген . 21 (25): 3988–99. дои : 10.1038/sj.onc.1205505 . ПМИД 12037681 .
- ^ Дэн В., Линь Х (2002). «Миви, мышиный гомолог пиви, кодирует цитоплазматический белок, необходимый для сперматогенеза» . Ячейка разработчиков . 2 (6): 819–30. дои : 10.1016/s1534-5807(02)00165-x . ПМИД 12062093 .
- ^ Мани С., Джулиано С. (2013). «Распутывание сети: разнообразные функции пути PIWI/piRNA» . Мол. Репродукция. Дев . 80 (8): 632–664. дои : 10.1002/mrd.22195 . ПМК 4234069 . ПМИД 23712694 .
- ^ Томсон Т., Лин Х (2009). «Биогенез и функции белков PIWI и piRNA: прогресс и перспективы» . Анну. Преподобный Cell Dev. Биол . 25 : 355–376. doi : 10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175327 . ПМК 2780330 . ПМИД 19575643 .
- ^ Черутти Л., Миан Н., Бейтман А. (октябрь 2000 г.). «Домены в белках молчания генов и клеточной дифференцировки: новый домен PAZ и новое определение домена Piwi». Тенденции биохимии. Наука . 25 (10): 481–2. дои : 10.1016/S0968-0004(00)01641-8 . ПМИД 11050429 .
- ^ Ма Дж., Юань Ю., Мейстер Г., Пей Ю., Тушл Т., Патель Д. (2005). «Структурная основа специфического распознавания 5'-конца направляющей РНК белком Piwi A. fulgidus» . Природа . 434 (7033): 666–70. Бибкод : 2005Natur.434..666M . дои : 10.1038/nature03514 . ПМЦ 4694588 . ПМИД 15800629 .
- ^ Мегош Х.Б., Кокс Д.Н., Кэмпбелл С., Лин Х. (2006). «Роль PIWI и механизма микроРНК в определении зародышевой линии дрозофилы» . Курр Биол . 16 (19): 1884–94. Бибкод : 2006CBio...16.1884M . дои : 10.1016/j.cub.2006.08.051 . ПМИД 16949822 . S2CID 6397874 .
- ^ Ким В.Н. (2006). «Маленькие РНК стали больше: Piwi-взаимодействующие РНК (piRNA) в семенниках млекопитающих» . Генс Дев . 20 (15): 1993–7. дои : 10.1101/gad.1456106 . ПМИД 16882976 .
- ^ Жирар А., Сачиданандам Р., Хэннон Г.Дж., Кармелл М.А. (2006). «Класс малых РНК, специфичный для зародышевой линии, связывает белки Piwi млекопитающих». Природа . 442 (7099): 199–202. Бибкод : 2006Natur.442..199G . дои : 10.1038/nature04917 . ПМИД 16751776 . S2CID 3185036 .
- ^ Jump up to: а б Вагин В.В., Сигова А., Ли С., Зейтц Х., Гвоздев В., Заморе П.Д. (2006). «Особый путь малой РНК подавляет эгоистичные генетические элементы в зародышевой линии». Наука . 313 (5785): 320–4. Бибкод : 2006Sci...313..320В . дои : 10.1126/science.1129333 . ПМИД 16809489 . S2CID 40471466 .
- ^ Сайто К., Нисида К.М., Мори Т., Кавамура Ю., Миёси К., Нагами Т., Сиоми Х., Сиоми MC (2006). «Специфическая ассоциация Piwi с rasiRNAs, полученными из ретротранспозонов и гетерохроматических областей генома дрозофилы» . Генс Дев . 20 (16): 2214–22. дои : 10.1101/gad.1454806 . ПМК 1553205 . ПМИД 16882972 .
- ^ Озата Д.М., Гайнетдинов И., Зох А., Филипп Д., Заморе П.Д. (2019). «PIWI-взаимодействующие РНК: маленькие РНК с большими функциями» (PDF) . Обзоры природы Генетика . 20 (2): 89–108. дои : 10.1038/s41576-018-0073-3 . ПМИД 30446728 . S2CID 53565676 .