Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с домена PIWI )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Piwi домен
PDB 1z26 EBI.jpg
Структура белка Argonaute Pyrococcus furiosus . [1]
Идентификаторы
СимволПиви
PfamPF02171
ИнтерПроIPR003165
PROSITEPS50822
CDDcd02826
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
PDB1u04 , 1w9h , 1ytu , 1yvu , 1z25 , 1z26 , 2bgg , 2f8s , 2f8t , 2nub , 2w42
Домен piwi белка аргонавта со связанной siRNA , компоненты РНК-индуцированного комплекса сайленсинга, который опосредует сайленсинг генов посредством РНК-интерференции .
Все человеческие белки Piwi и белки аргонавтов имеют одинаковые РНК-связывающие домены, PAZ и Piwi. [2]
Взаимодействия Piwi-piRNA: внутри ядра этот путь участвует в метилировании ДНК (A), метилировании гистонов H3K9 через взаимодействия с гетерохроматиновым белком 1 (HP1) и гистон-метилтрансферазой H3K9 (B). Путь Piwi-piRNA также взаимодействует с инициатором трансляции elF (C). [3]

Гены Piwi (или PIWI ) были идентифицированы как регуляторные белки, ответственные за дифференцировку стволовых и половых клеток . [4] Piwi это аббревиатура от P -элементного I nduced WI МРУ семенника в дрозофилы . [5] Белки Piwi - это высококонсервативные РНК-связывающие белки, которые присутствуют как у растений, так и у животных. [6] Белки Piwi принадлежат к семейству Argonaute / Piwi и классифицируются как ядерные белки. Исследования на дрозофиле также указали, что белки Piwi обладают срезной активностью, обусловленной присутствием домена Piwi. [7] Кроме того, Piwi связывается с гетерохроматиновым белком 1 , эпигенетическим модификатором, и последовательностями, комплементарными piRNA. Это признаки роли 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 функции белков [ править ]

Структура нескольких белков Piwi и Argonaute (Ago) была решена. 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 эндонуклеаза РНКазы Н, которая может расщеплять РНК. [8] [9] Малыми РНК-партнерами белков Ago являются микроРНК (миРНК). Белки Ago используют миРНК, чтобы заглушить гены посттранскрипционно, или используют малые интерферирующие РНК (миРНК) в обеих транскрипциях.и посттранскрипционные механизмы сайленсинга. Белки Piwi взаимодействуют с piRNA (28–33 нуклеотида), которые длиннее, чем miRNA и siRNA (~ 20 нуклеотидов), предполагая, что их функции отличаются от функций белков Ago. [8]

Белки Piwi человека [ править ]

В настоящее время известно четыре белка Piwi человека - 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 взаимодействующей с piwi РНК . [10]

Одним из основных человеческих гомологов , чьи повышающая регуляция участвуют в образовании опухолей , такие как семином , называется Хиви ( для ч Умани р иви ). [11]

Гомологичные белки у мышей были названы MIWI (для м Ouse р иви ). [12]

Роль в зародышевых клетках [ править ]

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 клетках Сертоли . У мышей с дефицитом Mili или Miwi-2 произошла остановка сперматогенных стволовых клеток, а у мышей, лишенных Miwi-2, произошла деградация сперматогоний. [13]Эффекты piwi-белков 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-пиРНК также индуцирует гетерохроматин образование на центромеры , [14] , таким образом , затрагивающую 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 сайленсинге транспозонов может быть ответственна за уменьшение разрывов дцДНК в половых клетках.

Роль во вмешательстве РНК [ править ]

Домена Piwi [15] представляет собой домен белка найден в Piwi белках и большое количестве связанных нуклеиновых кислот -связывающих белков, особенно те , которые связывают и расщепляет РНК . Функция домена заключается в гидролизе одноцепочечной РНК под управлением двухцепочечной РНК, который был определен в семействе родственных белков argonaute . [1] Аргонавты, наиболее хорошо изученное семейство белков, связывающих нуклеиновые кислоты, представляют собой ферменты , подобные РНКазе Н, которые выполняют каталитические функции РНК-индуцированного комплекса сайленсинга.(RISC). В хорошо известном клеточном процессе РНК-интерференции белок аргонавта 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 рибонуклеазы шпигорезка , чтобы сформировать комплекс РНК-RISC. Этот комплекс связывает и расщепляет комплементарную матричную РНК спаривания оснований , разрушая ее и предотвращая ее трансляцию в белок. Кристаллизованные домены piwi имеют консервативный основной сайт связывания на 5'-конце.связанной РНК; в случае белков аргонавта, связывающих цепи миРНК, последнее неспаренное нуклеотидное основание миРНК также стабилизируется за счет стэкинга оснований - взаимодействий между основанием и соседними остатками тирозина . [16]

Недавние данные свидетельствуют о том, что функциональная роль белков piwi в детерминации зародышевой линии обусловлена ​​их способностью взаимодействовать с miRNAs. Компоненты микроРНК Тропинка , кажется, присутствует в прыжках и плазме играть ключевую роль в раннем развитии и формообразования из дрозофилы эмбрионов , в которых содержание зародышевой линии была тщательно изучена. [17]

piRNAs и подавление транспозонов [ править ]

В клетках млекопитающих был определен новый класс miRNA, длина которого превышает среднюю, известная как Piwi-взаимодействующие РНК (piRNA), длина которых составляет около 26-31 нуклеотидов по сравнению с более типичной miRNA или siRNA длиной около 21 нуклеотида. Эти пиРНК экспрессируются в основном в сперматогенных клетках семенников млекопитающих. [18] Но исследования показали, что экспрессия пиРНК может быть обнаружена в соматических клетках яичников и нейронных клетках беспозвоночных, а также во многих соматических клетках других млекопитающих. piРНК , были идентифицированы в геномах от мышей , крыс и человека, с необычной «кластерной» геномной организацией [19], которая может происходить из повторяющихся областей генома, таких как ретротранспозоны или области, обычно организованные в гетерохроматин , и которые обычно происходят исключительно из антисмысловой цепи двухцепочечной РНК. [20] piРНК, таким образом, были классифицированы как связанные с повтором малые интерферирующие РНК ( rasiRNAs ). [21]

Хотя их биогенез еще недостаточно изучен, считается, что piRNA и белки Piwi образуют эндогенную систему для подавления экспрессии эгоистичных генетических элементов, таких как ретротранспозоны, и, таким образом, предотвращают вмешательство генных продуктов таких последовательностей в формирование зародышевых клеток. [20] [22]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b 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. DOI : 10.1038 / nsmb918 . PMID  15800637 . S2CID  2021813 .
  2. ^ "Uniprot: Универсальная база знаний" . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (D1): D158 – D169. 2017. DOI : 10,1093 / NAR / gkw1099 . PMC 5210571 . PMID 27899622 .  
  3. ^ Lindse K (2013). «Пиви-РНК, защитники генома» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. Перейти ↑ Cox DN, Chao A, Lin H (2000). «piwi кодирует нуклеоплазматический фактор, активность которого модулирует количество и скорость деления стволовых клеток зародышевой линии». Развитие . 127 (3): 503–14. PMID 10631171 . 
  5. ^ Lin H, Спредлинг AC (1997). «Новая группа мутаций pumilio влияет на асимметричное деление стволовых клеток зародышевой линии в яичнике дрозофилы». Развитие . 124 (12): 2463–2476. PMID 9199372 . 
  6. Перейти ↑ Cox DN, Chao A, Baker J, Chang L, Qiao D, Lin H (1998). «Новый класс эволюционно консервативных генов, определенных piwi, необходим для самообновления стволовых клеток» . Genes Dev . 12 (23): 3715–27. DOI : 10,1101 / gad.12.23.3715 . PMC 317255 . PMID 9851978 .  
  7. ^ Дарикарэр Н, Н Ля, Ватанаб Т, Лин Н (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 . DOI : 10.1073 / pnas.1213283110 . PMC 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. DOI : 10.1002 / prot.23003 . ISSN 1097-0134 . PMC 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. DOI : 10.1002 / jcb.24133 . ISSN 1097-4644 . PMID 22415963 .  
  10. ^ Тянь Y, Simanshu D, Ма J, Пател D (2010). «Структурная основа распознавания 2'-O-метилированного 3'-конца пиРНК доменами Piwi PAZ (Piwi / Argonaute / Zwille)» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 108 (3): 903–910. DOI : 10.1073 / pnas.1017762108 . PMC 3024652 . PMID 21193640 .  
  11. Перейти ↑ Qiao D, Zeeman AM, Deng W, Looijenga LH, Lin H (2002). «Молекулярная характеристика hiwi, человеческого члена семейства генов piwi, сверхэкспрессия которого коррелирует с семиномами» . Онкоген . 21 (25): 3988–99. DOI : 10.1038 / sj.onc.1205505 . PMID 12037681 . 
  12. Перейти ↑ Deng W, Lin H (2002). «miwi, мышиный гомолог piwi, кодирует цитоплазматический белок, необходимый для сперматогенеза». Dev Cell . 2 (6): 819–30. DOI : 10.1016 / s1534-5807 (02) 00165-X . PMID 12062093 . 
  13. Перейти ↑ Mani S, Juliano C (2013). «Распутывая Интернет: разнообразные функции пути PIWI / piRNA» . Мол. Репродукция. Dev . 80 (8): 632–664. DOI : 10.1002 / mrd.22195 . PMC 4234069 . PMID 23712694 .  
  14. Перейти ↑ Thomson T, Lin H (2009). "Биогенез и функции белков PIWI и piRNA: прогресс и перспективы" . Анну. Rev. Cell Dev. Биол . 25 : 355–376. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.24.110707.175327 . PMC 2780330 . PMID 19575643 .  
  15. ^ Cerutti L, N Миан, Bateman A (октябрь 2000). «Домены в белках сайленсинга генов и дифференцировки клеток: новый домен PAZ и новое определение домена Piwi». Trends Biochem. Sci . 25 (10): 481–2. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (00) 01641-8 . PMID 11050429 . 
  16. Перейти ↑ Ma J, Yuan Y, Meister G, Pei Y, Tuschl T, Patel D (2005). «Структурная основа для 5'-конца специфического распознавания направляющей РНК белком A. fulgidus Piwi» . Природа . 434 (7033): 666–70. Bibcode : 2005Natur.434..666M . DOI : 10,1038 / природа03514 . PMC 4694588 . PMID 15800629 .  
  17. ^ Megosh HB, Кокс Д., Кэмпбелл C, Lin H (2006). «Роль PIWI и механизма miRNA в определении зародышевой линии Drosophila». Curr Biol . 16 (19): 1884–94. DOI : 10.1016 / j.cub.2006.08.051 . PMID 16949822 . S2CID 6397874 .  
  18. Перейти ↑ Kim VN (2006). «Маленькие РНК стали больше: РНК, взаимодействующие с Piwi (пиРНК) в семенниках млекопитающих» . Genes Dev . 20 (15): 1993–7. DOI : 10,1101 / gad.1456106 . PMID 16882976 . 
  19. ^ Girard A, Sachidanandam R, Ханнон GJ, Carmell MA (2006). «Специфичный для зародышевой линии класс малых РНК связывает белки Piwi млекопитающих». Природа . 442 (7099): 199–202. Bibcode : 2006Natur.442..199G . DOI : 10,1038 / природа04917 . PMID 16751776 . S2CID 3185036 .  
  20. ^ a b Вагин В.В., Сигова А., Ли К., 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 : 2006Sci ... 313..320V . DOI : 10.1126 / science.1129333 . PMID 16809489 . S2CID 40471466 .  
  21. ↑ Сайто К., Нисида К.М., Мори Т., Кавамура Ю., Миёси К., Нагами Т., Сиоми Н., Сиоми МС (2006). «Специфическая ассоциация Piwi с rasiRNAs, полученными из ретротранспозонов и гетерохроматиновых областей в геноме дрозофилы» . Genes Dev . 20 (16): 2214–22. DOI : 10,1101 / gad.1454806 . PMC 1553205 . PMID 16882972 .  
  22. ^ Ozata Д.М., Гайнетдинов я, Zoch А, Филлип D, Zamore PD (2019). «РНК, взаимодействующие с PIWI: малые РНК с большими функциями» (PDF) . Природа Обзоры Генетики . 20 (2): 89–108. DOI : 10.1038 / s41576-018-0073-3 . PMID 30446728 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • SCOP 110640 - домен Piwi в SCOP
  • PDOC50822 - Домен Piwi на ПРОСТО
  • UNIPROT Piwi - Домены Piwi