PiRNA

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla

Piwi etkileşimli RNA (piRNA), hayvan hücrelerinde eksprese edilen küçük kodlamayan RNA moleküllerinin en büyük sınıfıdır.[1][2] piRNA, piwi proteinleri ile etkileşerek RNA-protein komplekleri oluştururlar. Bu kompleksler, germ çizgi hücrelerinde, özellikle de spermatogenezdeki retrotranspozonların ve diğer genetik elementlerin epigenetik ve transkripsiyon sonrası gen sessizleştirilmesiyle bağlantılıdır. microRNA’lardan büyüklük, dizi koruma eksikliği ve artan karmaşık yapı bakımından farklıdırlar.[1][2] piRNA’ların nasıl üretildiği belirsizliğini korumaktadır, ancak biyogenez yolağı miRNA ve siRNA’dan farklıdır. rasiRNA’lar piRNA’ların alt türleridir.[3]

Özellikler[değiştir | kaynağı değiştir]

Önerilen piRNA Yapısı

piRNA’lar hem omurgasızlarda hem de omurgalılarda tespit edilmiştir. Biyogenez ve etki şekilleri türler arasında biraz farklılık göstermesine rağmen bir takım özellikler korunmuştur.[1][4] piRNA’ların net bir sekonder yapısı yoktur, uzunlukları 26 ila 31 nükleotid arasındadır ve 5’ uridin hem omurgasızlarda hem de omurgalılarda görülür. Caenorhabditis elegans (yuvarlak solucanlardan olup serbest yaşayan bir nematod) ’daki piRNA’lar 2’ ve 3’ oksijeni bloke eden 5’ monofosfat ve 3’ modifikasyonuna sahiptir.[5] Bu modifikasyonun Drosophila melanogaster (meyve sineği), zebra balığı,[6] , fare[7] ve sıçan[6] larda da var olduğu onaylanmıştır. 3’ modifikasyonun nedeni açık değildir ancak piRNA stabilitesini arttırdığı öne sürülmüştür.[8] Memelilerde bulunan yüz binlerce farklı piRNA türünün bulunduğu düşünülmektedir ve şimdiye kadar farelerde 50,000’nin üzerinde farklı piRNA dizisi keşfedilmiştir.[9]

Konum[değiştir | kaynağı değiştir]

piRNA’lar genom boyunca kümelerde bulunurlar. Bu kümeler ondan az ya da binlerce piRNA’yı bulundurabilir ve boyutları bir ila yüz kata kadar değişebilir. Biyoinformatik yöntemlere dayanan genomlardaki piRNA kümelerinin algılanması ve açıklanması son yıllarda giderek sofistike hale geldi.[10] piRNA’lar kümelenmesi türler arasında korunmuş diziler değildir.[11] Drosophila melanogaster ve omurgalılardaki piRNA’lar herhangi bir protein kodlayan gen bulunmayan bölgelerde bulunurken,[12] Caenorhabditis elegans’daki piRNA’ların protein kodlayıcı gen bölgelerinde bulunduğu tespit edilmiştir.

Memelilerde, piRNA'lar hem testis[13] lerde hem de yumurtalık,[14] larda bulunur, ancak bunlar sadece erkekler için gerekli gibi gözükmektedir. Omurgasız hayvanlarda, erkek ve kadın bitkilerde tespit edilmiştir.[15]

Hücresel seviyede, hem hücre çekirdeğinde hem de sitoplazmada piRNAlar bulunmuştur, bu da piRNA yollarının bu alanların her ikisinde de işlev görebileceğini ve dolayısıyla birden fazla etkiye sahip olabileceğini düşündürmektedir.[3][16]

Biyogenez[değiştir | kaynağı değiştir]

Olası mekanizmalar önerilmiş olmasına rağmen, piRNA’ların biyogenezi henüz tam olarak anlaşılamamıştır. piRNA’lar yalnızca bir DNA sarmalından türetilirler,[1] ve bu onların uzun tek iplikçikli öncü moleküllerin ürünü olduğuna işaret eder.[2] Pakiten piRNA’ları üretmek için kullanılan tek yolun birincil işlem yolu olduğu öne sürülmüştür. Bu mekanizmada, piRNA öncülleri, 5 'uridinleri hedef alma eğilimi gösteren piRNA'lara dönüşür.[17][18] Ayrıca birincil piRNA'larda tamamlayıcı hedeflerini tanıyan ve piwi proteinlerinin alınmasına neden olan bir 'Ping Pong' mekanizması önerildi. Primer piRNA'nın 5' ucundan on nükleotidlik bir noktada transkripsiyonun bölünmesine neden olur ve ikincil piRNA üretilir.[18] İkincil piRNA’lar, onuncu konumda bir adenin dizisine sahiptirler.[17] Ping pong çevriminde yer alan piRNA’lar, saldırılarını transposon transkriptlerine yönlendirdiğinden, ping pong çevrimi yalnızca transkripsiyon seviyesinde etkindir.[11] Bu mekanizmalardan biri veya her ikisi farklı türlerde farklı şekilde bulunabilir. Örneğin; Caenorhabditis elegans piRNA’lara sahip olmasına rağmen ping pong mekanizmasını kullanmaz.[19]

Zebra balığı ve D.melanogaster ’de belirlenen önemli sayıda piRNA, onuncu konumda adenin içerir [3] ve bu türler arası korunmuş bir biyosentetik mekanizmanın olası kanıtları olarak yorumlanmıştır.[20]

İşlev[değiştir | kaynağı değiştir]

Türler üzerindeki piRNA dizilerindeki ve piwi işlevlerindeki geniş çeşitlilik, piRNA işlevselliğinin saptanmasında zorluk oluşturmaktadır.[21] Bununla birlikte, diğer küçük RNA'larda olduğu gibi, piRNA'ların gen susturulmasında,[1] özellikle transpozonların susturulmasında rol aldığı düşünülmektedir. piRNA’ların çoğunluğu transpozon dizilerine karşı antisens [11] olup transpozonların piRNA hedefi olduğu düşünülmüştür. Memelilerde transpozon susturulmasında piRNA’ların aktivitesinin embiriyo gelişimi boyunca önemli olduğu [17] ve C.elegans ve insanda piRNA’ların spermatogenez için gerekli olduğu görülmektedir.[21]

RNA Susturma

piRNA’lar, RNA ile indüklenen bir susturma kompleksinin (RISC) oluşumu yoluyla RNA sessizleştirmesinde bir role sahiptir. piRNA, argonat protein ailesinden piwi proteinleri ile etkileşir. Bu proteinler memelilerin testislerinde etkindir ve omurgasız hayvanlarda germ hücresi ve kök hücre gelişiminde gereklidir. Farelerde spermatogenez için üç piwi alt proteini ( MIWI, MIWI2 ve MILI) gerekli olduğu bulunmuştur. Pıwı proteinleri piRNA’ları transpozon hedeflerine yönlendirir.[17] PIWI gen ekspresyonunun azalması veya yokluğu transpozonların artmış bir ifadesi ile korelasyon gösterir.[3][17] Transpozonlar, konukçuları üzerinde zararlı etkilere neden olma potansiyeline sahiptir.[22] piRNA yolaklarındaki mutasyonların D.melanogaster’lerdeki doğurganlığı azalttığı bulunmuştur. Ayrıca piRNA ve endo-siRNA’nın memeli oositlerinde transpozon kontrolüne benzer işlevselliğe sahip olabileceği düşünülmektedir.[11] PiRNA'lar, transpozonları tanımak ve susturmak için gerekli olan metilasyonu gerçekleştiren belirli metil transferazları etkilemektedir [17] ancak bu ilişki iyi anlaşılmamıştır.

Epigenetik Etkiler

PiRNA'lar maternal olarak iletilebilir [6] ve D. melanogaster'daki araştırmalara dayanarak, piRNA'lar maternal olarak türetilen epigenetik etkilerde rol oynar.[12] Spesifik piRNA'ların epigenetik süreçteki etkinliği ayrıca piwi proteinleri ile HP1a arasındaki etkileşimleri ve diğer faktörleri gerektirir.[9]

piRNA Yolağının Yardımcı Proteinleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Doğurganlık kusurlarını inceleyen genetik ekranları, Piwi kökenli ve Argonat olmayan, ancak Piwi mutantlarıyla aynı kısırlık fenotiplerini üreten birkaç protein tespit ettiler.

Drosophila Tudor Etki Proteinleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Drosophila'daki piRNA yolu için gereken birçok faktör, Piwi proteinlerinin metilasyon motiflerinde simetrik olarak dimetilated arginin kalıntılarını (sDMA) bağladığı bilinen Tudor domainlerini içerir. Piwi proteinleri, Valois (MEP50) ve Capsulene'den (dart5; PRMT5) oluşan PRMT5 metilozom kompleksiyle simetrik olarak dimetilasyona tabi tutulur.

  • Tudor (Tud)
  • Qin/Kumo
  • Spindle-E (SpnE)
  • Krimper
  • Tejas (Tej)
  • Vreteno (Vret)
  • Papi
  • Yb (fs(1)Yb)
  • Brother of Yb (BoYB)
  • Sister of Yb (SoYB)

Drosophila Tudor Olmayan piRNA Yolağı Proteinleri[değiştir | kaynağı değiştir]

  • Vasa
  • Maelstrom (Mael)

Drosophila Nükleer piRNA Yolağı Proteinleri[değiştir | kaynağı değiştir]

  • Rhino (HP1D)
  • Deadlock
  • Cutoff
  • SetDB1 (Eggless)
  • SuVar3-9

Araştırma[değiştir | kaynağı değiştir]

piRNA alanındaki büyük ilerlemeler, Solexa, 454 ve Illumina gibi yeni nesil sıralama teknikleri sayesinde sağlanmıştır. Bu teknikler, piRNA'lar gibi çok karmaşık ve heterojen RNA popülasyonlarının analiz edilmesine izin vermektedir. Küçük boyutları nedeniyle, küçük RNA'ların ekspresyonu ve amplifikasyonu zor olabilir, bu nedenle zorluklara yanıt olarak özelleştirilmiş PCR tabanlı yöntemler geliştirilmiştir.[23]

Referans[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ a b c d e Molecular Biology Select. Cell, 2006. 126(2): p. 223, 225-223, 225.
  2. ^ a b c Seto, A.G., R.E. Kingston, and N.C. Lau, The Coming of Age for Piwi Proteins. Molecular Cell, 2007. 26(5): p. 603-609.
  3. ^ a b c d Klattenhoff, C. and W. Theurkauf, Biogenesis and germline functions of piRNAs. Development, 2008. 135(1): p. 3-9.
  4. ^ Kandhavelu M; * Lammi C; Buccioni M; Dal Ben D; Volpini R; Marucci G (2009). "Existence of snoRNA, microRNA, piRNA characteristics in a novel non-coding RNA: x-ncRNA and its biological implication in Homo sapiens". Journal of Bioinformatics and Sequence Analysis. 1 (2), s. 031–040. 
  5. ^ Ruby, J.G., et al., Large-Scale Sequencing Reveals 21U-RNAs and Additional MicroRNAs and Endogenous siRNAs in C. elegans. 2006. 127(6): p. 1193-1207.
  6. ^ a b c Houwing, S., et al., A Role for Piwi and piRNAs in Germ Cell Maintenance and Transposon Silencing in Zebrafish. Cell, 2007. 129(1): p. 69-82. .
  7. ^ Kirino, Y. and Z. Mourelatos, Mouse Piwi-interacting RNAs are 2[prime]-O-methylated at their 3[prime] termini. Nat Struct Mol Biol, 2007. 14(4): p. 347-348.
  8. ^ Vagin, V.V., et al., A Distinct Small RNA Pathway Silences Selfish Genetic Elements in the Germline. Science, 2006. 313(5785): p. 320-324.
  9. ^ a b Lin, H., et al., The role of the piRNA pathway in stem cell self-renewal. Developmental Biology, 2008. 319(2): p. 479-479.
  10. ^ Rosenkranz, David; Zischler, Hans (10 January 2012). "proTRAC - a software for probabilistic piRNA cluster detection, visualization and analysis". BMC Bioinformatics. 13 (5). doi:10.1186/1471-2105-13-5. 
  11. ^ a b c d Malone, C.D. and G.J. Hannon, Small RNAs as Guardians of the Genome. Cell, 2009. 136(4): p. 656-668.
  12. ^ a b Brennecke, J., et al., An Epigenetic Role for Maternally Inherited piRNAs in Transposon Silencing. Science, 2008. 322(5906): p. 1387-1392.
  13. ^ Aravin, A., et al., A novel class of small RNAs bind to MILI protein in mouse testes. Nature, 2006. 442(7099): p. 203-207.
  14. ^ Tam, Oliver H.; Aravin, Alexei A.; Stein, Paula; Girard, Angelique; Murchison, Elizabeth P.; Cheloufi, Sihem; Hodges, Emily; Anger, Martin; Sachidanandam, Ravi; Schultz, Richard M.; Hannon, Gregory J. (2008). "Pseudogene-derived small interfering RNAs regulate gene expression in mouse oocytes". Nature. 453 (7194), s. 534–538. doi:10.1038/nature06904. ISSN 0028-0836. PMC 2981145 $2. PMID 18404147. 
  15. ^ Siomi MC, Sato K, Pezic D, Aravin AA: PIWI-interacting small RNAs: the vanguard of genome defence. Nat Rev Mol Cell Biol 2011, 12:246-258.
  16. ^ Ruvkun, G (2008). "Tiny RNA: Where do we come from? What are we? Where are we going?". Trends in Plant Science. 13 (7), s. 313–316. doi:10.1016/j.tplants.2008.05.005. 
  17. ^ a b c d e f Aravin, Alexei A.; Sachidanandam, Ravi; Bourc'his, Deborah; Schaefer, Christopher; Pezic, Dubravka; Toth, Katalin Fejes; Bestor, Timothy; Hannon, Gregory J. (2008). "A piRNA Pathway Primed by Individual Transposons Is Linked to De Novo DNA Methylation in Mice". Molecular Cell. 31 (6), s. 785–799. doi:10.1016/j.molcel.2008.09.003. ISSN 1097-2765. 
  18. ^ a b Brennecke, Julius; Aravin, Alexei A.; Stark, Alexander; Dus, Monica; Kellis, Manolis; Sachidanandam, Ravi; Hannon, Gregory J. (2007). "Discrete Small RNA-Generating Loci as Master Regulators of Transposon Activity in Drosophila". Cell. 128 (6), s. 1089–1103. doi:10.1016/j.cell.2007.01.043. ISSN 0092-8674. PMID 17346786. 
  19. ^ Das, P.P., et al., Piwi and piRNAs Act Upstream of an Endogenous siRNA Pathway to Suppress Tc3 Transposon Mobility in the Caenorhabditis elegans Germline. Molecular Cell, 2008. 31(1): p. 79-90.
  20. ^ Faehnle, C.R. and L. Joshua-Tor, Argonautes confront new small RNAs. Current Opinion in Chemical Biology, 2007. 11(5): p. 569-577.
  21. ^ a b Wang, G. and V. Reinke, A C. elegans Piwi, PRG-1, Regulates 21U-RNAs during Spermatogenesis. Current Biology, 2008. 18(12): p. 861-867.
  22. ^ O'Donnell, K.A. and J.D. Boeke, Mighty Piwis Defend the Germline against Genome Intruders. Cell, 2007. 129(1): p. 37-44.
  23. ^ Tang, F., et al., A sensitive multiplex assay for piRNA expression. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2008. 369(4): p. 1190-1194.

Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]

  • Lau, N. C. (2006). "Characterization of the piRNA Complex from Rat Testes". Science. 313 (5785), s. 363–367. doi:10.1126/science.1130164. ISSN 0036-8075. 
  • Kim, V.N. (2006). "Small RNAs Just Got Bigger: Piwi-Interacting RNAs (piRNAs) in Mammalian Testes". Genes Dev. Cilt 20, s. 1993–1997. doi:10.1101/gad.1456106. PMID 16882976. 
  • Girard, Angélique; Sachidanandam, Ravi; Hannon, Gregory J.; Carmell, Michelle A. (2006). "A germline-specific class of small RNAs binds mammalian Piwi proteins". Nature. Cilt 442, s. 199–202. doi:10.1038/nature04917. ISSN 0028-0836. PMID 16751776. 
  • Grivna, S. T. (2006). "A novel class of small RNAs in mouse spermatogenic cells". Genes & Development. 20 (13), s. 1709–1714. doi:10.1101/gad.1434406. ISSN 0890-9369. 
  • Watanabe, T. (2006). "Identification and characterization of two novel classes of small RNAs in the mouse germline: retrotransposon-derived siRNAs in oocytes and germline small RNAs in testes". Genes & Development. 20 (13), s. 1732–1743. doi:10.1101/gad.1425706. ISSN 0890-9369. 
  • Carmell, Michelle A.; Girard, Angélique; van de Kant, Henk J.G.; Bourc'his, Deborah; Bestor, Timothy H.; de Rooij, Dirk G.; Hannon, Gregory J. (2007). "MIWI2 Is Essential for Spermatogenesis and Repression of Transposons in the Mouse Male Germline". Developmental Cell. 12 (4), s. 503–514. doi:10.1016/j.devcel.2007.03.001. ISSN 1534-5807. 

Dış bağlantılar[değiştir | kaynağı değiştir]

  • PingPongPro - a software for finding ping-pong signatures and ping-pong cycle activity
  • piRNA Bank A web resource on classified and clustered piRNAs
  • proTRAC - a software for probabilistic piRNA cluster detection, visualization and analysis
  • piRNA cluster - database