Wikipedia

Piwi

(Preusmjereno sa Piwi domen)

Piwi (ili PIWI) geni identificirani su kao regulatorni proteini odgovorni za matične ćelije i diferencirajuće germinativne ćelije.[3] Piwi je skraćenica od P-element Iiduciran wimpy (=slabašni) testis u Drosophila melanogaster.[4] Piwi proteini su visoko konzervirani RNK-vezujući proteini i prisutni su u biljkama i u životinjama.[5] Piwi proteini pripadaju porodici Argonaut/Piwi i klasifikovani su kao jedarni proteini. Studije o Drosophila pokazale su također da Piwi proteini imaju aktivnost rezanja koju omogućava prisustvo Piwi domena.[6] Pored toga, Piwi se povezuje sa heterohromatinskim proteinom 1, epigeneičkim modifikatorom i komplementarnim sekvencama piRNK. Ovo su pokazatelji uloge koju Piwi ima u epigenetskoj regulaciji. Također se smatra da Piwi proteini kontroliraju biogenezu piRNK jer mnogi proteini slični Piwi-u imaju sposobnost rezanja koja bi omogućila Piwi proteinima da prerade prekursorsku piRNK u zrelu piRNK.

Piwi domen
Struktura argonaut proteina Pyrococcus furiosus[1]
Identifikatori
SimbolPiwi
PDB[http://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pdbId=1u04 1u04, 1w9h, 1ytu, 1yvu, 1z25, 1z26, 2bgg, 2f8s, 2f8t, 2nub, 2w42 1u04, 1w9h, 1ytu, 1yvu, 1z25, 1z26, 2bgg, 2f8s, 2f8t, 2nub, 2w42]
Piwi domen argonaut proteina sa vezanom siRNK, komponentama RNK-induciranog kompleksa utišavanja koji posreduje utišavanje gena interferencijske RNK.
Struktura dupleksnog Piwi proteona Archaeoglobus fulgidus (Archaea).[2]

Struktura i funkcija proteina

uredi

Struktura nekoliko Piwi i argonaute proteina (Ago) je riješena. Piwi proteini su proteini koji se vezuju za RNK sa dva ili 3 domena: N-terminalni PAZ domen vezuje 3'-kraj RNK vodiča; srednji MID domen vezuje 5'-fosfat RNK, a C-terminalni PIWI domen djeluje kao RNaza H, endonukleaza koja može cijepati RNK.[7][8] Mali RNK partneri Ago proteina su mikroRNK (miRNK). Ago proteini koriste miRNK za utišavanje gena nakon transkripcije ili koriste male nterferirajuće RNK (siRNK) i u transkripciji i u mehanizmima utišavanja nakon transkripcije. Piwi proteini stupaju u interakciju s piRNK (28–33 nukleotida) koje su duže i od miRNK i od siRNK (~20 nukleotida), što sugerira da se njihove funkcije razlikuju od funkcija Ago proteina.[7]

Ljudski Piwi proteini

uredi

Postoje četiri poznata ljudska Piwi proteina —PIWI-oliki protein 1, PIWI-oliki protein 2, PIWI-oliki protein 3 i PIWI-oliki protein 4. Svi ti Piwi proteini sadrže dva RNK vezujuća domena, PAZ i Piwi. Četiri proteina slična PIWI imaju prostrano mjesto vezanja unutar PAZ domena, što im omogućava da vežu glomazni 2’-OCH3 na 3’ kraju piwi-interaktivne RNK.[9]

Jedan od glavnih ljudskih homologa, čija je regulacija uključena u formiranje tumora, kao što su seminomi, naziva se hiwi (za human piwi).[10]

Uloga u ćelijama zametne linije

uredi

PIWI proteini imaju ključnu ulogu u plodnosti i razvoju klica kod životinja i cilijata. Nedavno identificirani kao polarna komponenta granula, čini se da PIWI proteini kontroliraju formiranje zametnih ćelija toliko da u odsustvu PIWI proteina dolazi do značajnog smanjenja njihovog formiranja. Slična zapažanja napravljena su sa mišjim homolozima PIWI, MILI, MIWI i MIWI2. Poznato je da su ovi homolozi prisutni u spermatogenezi. Miwi se eksprimira u različitim fazama formiranja spermatocita i elongacije spermatida, pri čemu se Miwi2 eksprimuje u Sertolijevim ćelijama. Miševi kojima nedostaje Mili ili Miwi-2 doživjeli su zaustavljanje DIFERENCIJACIJE spermatogenih matičnih ćelija, a oni kojima nedostaje Miwi-2 podvrgnuti su degradaciji spermatogonija.[11] Efekti piwi proteina u zametnim linijama ljudi i miša proizlaze iz njihove uključenosti u kontrolu translacije jer je poznato da Piwi i mala nekodirajuća RNK, RNK u interakciji s piwi (piRNK), kofrakcioniraju polisome. Put piwi-piRNA također inducira stvaranje heterohromatina u centromerama,[12] čime utiče na transkripciju. Čini se da put piwi-piRNA također štiti genom. Prvi put uočeni kod Drosophila, mutantni putevi piwi-piRNK doveli su do direktnog povećanja prekida dsDNK u zametnim ćelijama jajnika. Uloga puta piwi-piRNA u utišavanju transpozona može biti odgovorna za smanjenje prekida dsDNK u zametnim ćelijama.

Uloga u interferenciji RNK

uredi

Piwi domen[13] je proteinski domen koji se nalazi u piwi proteinima i velikom broju srodnih proteina koji se vezuju za nukleinske kiseline, posebno onih koji se vezuju i cijepaju RNK. Funkcija domena je dvolančanaom RNK vođena hidroliza jednolančane RNK koja je određena u porodici srodnih argonaut proteina.[1] Argonauti, najproučavanija proteini porodice koji vezuju nukleinske kiseline, su RNazi H slični enzimi koji provode katalitske funkcije RNK-induciranog kompleksa utišavanja (RISC). U dobro poznatom ćelijskom procesu interferencija RNK, protein argonauta u RISC kompleksu može vezati i malu interferirajuću RNK (siRNK) generiranu iz egzogene dvolančane RNK i mikroRNK (miRNK) generirana iz endogene nekodirajuće RNK, obje proizvedene pomoću ribonukleaze Dicer, kako bi se formirao RNK-RISC kompleks. Ovaj kompleks vezuje i cijepa komplementarni bazni par iRNK, uništavajući ga i sprečavajući njegovu translaciju u protein. Kristalizirani piwi domeni imaju konzervirano bazno mjesto vezanja za 5' kraj vezane RNK; u slučaju proteina argonauta koji vežu lance siRNK, posljednja nesparena nukleotid nabaza siRNK je također stabilizirana bazno složena-interakcija između baze i susjednih tirozinskih ostataka.[14]

Nedavni dokazi sugeriraju da je funkcionalna uloga piwi proteina u određivanju germinativne linije posljedica njihove sposobnosti interakcije s miRNK. Komponente puta miRNK u polarnoj plazmi imaju ključnu ulogu u ranom razvoju i morfogenezi embriona Drosophila melanogaster, u kojem je opsežno proučavano održavanje zametne linije.[15]

piRNK i utišavanje transpozona

uredi

Nova klasa miRNK dužih od prosjeka poznatih kao Piwi-interaktivna RNK (piRNA) definirana je u sisarskim ćelijama, dužina oko 26–31 nukleotida, duže u poređenju sa tipskom miRNK ili siRNK od oko 21 nukleotida. Ove piRNK eksprimirane su uglavnom u spermatogenim ćelijama u sjemenicima sisara.[16] Ali, prema nekim studijama, ekspresija piRNK može se naći i u somatskim ćelijama jajnika i neuronskim ćelijama beskičmenjaka, kao i u mnogim drugim somatskim ćelijama sisara. piRNK su identificirane u genomu miševa, pacova i ljudi, s neobičnom "grupnom" genomskom organizacijom [17] koji mogu poticati iz repetitivnih regija genoma kao što su retrotranspozoni ili regije koje su normalno organizirane u heterohromatin, a koje su normalno izvedene isključivo iz antisense lanca dvolančane RNK.[18] piRNK su stoga klasifikovane kao „male interferirajuće RNK povezane s ponavljanjem“ (rasiRNK).[19]

Iako njihova biogeneza još nije dobro shvaćena, smatra se da piRNK i Piwi proteini formiraju endogeni sistem za utišavanje ekspresije sebičnih genetičkih elemenata, kao što su retrotranspozoni i na taj način konvertuju genske proizvode takvih sekvenci da ometaju formiranje zametnih ćelija.[18][20]

Reference

uredi
  1. ^ a b Rivas FV, Tolia NH, Song JJ, et al. (april 2005). "Purified Argonaute2 and an siRNA form recombinant human RISC". Nat. Struct. Mol. Biol. 12 (4): 340–9. doi:10.1038/nsmb918. PMID 15800637. S2CID 2021813.
  2. ^ "Uniprot: The Universal knowledge database". Nucleic Acids Research. 45 (D1): D158–D169. 2017. doi:10.1093/nar/gkw1099. PMC 5210571. PMID 27899622.
  3. ^ Cox DN, Chao A, Lin H (2000). "piwi encodes a nucleoplasmic factor whose activity modulates the number and division rate of germline stem cells". Development. 127 (3): 503–14. doi:10.1242/dev.127.3.503. PMID 10631171.
  4. ^ Lin H, Spradling AC (1997). "A novel group of pumilio mutations affects the asymmetric division of germline stem cells in the Drosophila ovary". Development. 124 (12): 2463–2476. doi:10.1242/dev.124.12.2463. PMID 9199372.
  5. ^ Cox DN, Chao A, Baker J, Chang L, Qiao D, Lin H (1998). "A novel class of evolutionarily conserved genes defined by piwi are essential for stem cell self-renewal". Genes Dev. 12 (23): 3715–27. doi:10.1101/gad.12.23.3715. PMC 317255. PMID 9851978.
  6. ^ Darricarrere N, Liu N, Watanabe T, Lin H (2013). "Function of Piwi, a nuclear Piwi/Argonaute protein, is independent of its slicer activity". Proc Natl Acad Sci USA. 110 (6): 1297–1302. Bibcode:2013PNAS..110.1297D. doi:10.1073/pnas.1213283110. PMC 3557079. PMID 23297219.
  7. ^ a b Zeng, Lei; Zhang, Qiang; Yan, Kelley; Zhou, Ming-Ming (1. 6. 2011). "Structural insights into piRNA recognition by the human PIWI-like 1 PAZ domain". Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics (jezik: engleski). 79 (6): 2004–2009. doi:10.1002/prot.23003. ISSN 1097-0134. PMC 3092821. PMID 21465557.
  8. ^ Wei, Kai-Fa; Wu, Ling-Juan; Chen, Juan; Chen, Yan-feng; Xie, Dao-Xin (august 2012). "Structural evolution and functional diversification analyses of argonaute protein". Journal of Cellular Biochemistry. 113 (8): 2576–2585. doi:10.1002/jcb.24133. ISSN 1097-4644. PMID 22415963. S2CID 25990631.
  9. ^ Tian Y, Simanshu D, Ma J, Patel D (2010). "Structural basis for piRNA 2'-O-methylated 3'-end recognition by Piwi PAZ (Piwi/Argonaute/Zwille) domains". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108 (3): 903–910. doi:10.1073/pnas.1017762108. PMC 3024652. PMID 21193640.
  10. ^ Qiao D, Zeeman AM, Deng W, Looijenga LH, Lin H (2002). "Molecular characterization of hiwi, a human member of the piwi gene family whose overexpression is correlated to seminomas". Oncogene. 21 (25): 3988–99. doi:10.1038/sj.onc.1205505. PMID 12037681.
  11. ^ Mani S, Juliano C (2013). "Untangling the Web: The Diverse Functions of the PIWI/piRNA Pathway". Mol. Reprod. Dev. 80 (8): 632–664. doi:10.1002/mrd.22195. PMC 4234069. PMID 23712694.
  12. ^ Thomson T, Lin H (2009). "The Biogenesis and Function PIWI Proteins and piRNAs: Progress and Prospect". Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 25: 355–376. doi:10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175327. PMC 2780330. PMID 19575643.
  13. ^ Cerutti L, Mian N, Bateman A (oktobar 2000). "Domains in gene silencing and cell differentiation proteins: the novel PAZ domain and redefinition of the Piwi domain". Trends Biochem. Sci. 25 (10): 481–2. doi:10.1016/S0968-0004(00)01641-8. PMID 11050429.
  14. ^ Ma J, Yuan Y, Meister G, Pei Y, Tuschl T, Patel D (2005). "Structural basis for 5'-end-specific recognition of guide RNA by the A. fulgidus Piwi protein". Nature. 434 (7033): 666–70. Bibcode:2005Natur.434..666M. doi:10.1038/nature03514. PMC 4694588. PMID 15800629.
  15. ^ Megosh HB, Cox DN, Campbell C, Lin H (2006). "The role of PIWI and the miRNA machinery in Drosophila germline determination". Curr Biol. 16 (19): 1884–94. doi:10.1016/j.cub.2006.08.051. PMID 16949822. S2CID 6397874.
  16. ^ Kim VN (2006). "Small RNAs just got bigger: Piwi-interacting RNAs (piRNAs) in mammalian testes". Genes Dev. 20 (15): 1993–7. doi:10.1101/gad.1456106. PMID 16882976.
  17. ^ Girard A, Sachidanandam R, Hannon GJ, Carmell MA (2006). "A germline-specific class of small RNAs binds mammalian Piwi proteins". Nature. 442 (7099): 199–202. Bibcode:2006Natur.442..199G. doi:10.1038/nature04917. PMID 16751776. S2CID 3185036.
  18. ^ a b Vagin VV, Sigova A, Li C, Seitz H, Gvozdev V, Zamore PD (2006). "A distinct small RNA pathway silences selfish genetic elements in the germline". Science. 313 (5785): 320–4. Bibcode:2006Sci...313..320V. doi:10.1126/science.1129333. PMID 16809489. S2CID 40471466.
  19. ^ Saito K, Nishida KM, Mori T, Kawamura Y, Miyoshi K, Nagami T, Siomi H, Siomi MC (2006). "Specific association of Piwi with rasiRNAs derived from retrotransposon and heterochromatic regions in the Drosophila genome". Genes Dev. 20 (16): 2214–22. doi:10.1101/gad.1454806. PMC 1553205. PMID 16882972.
  20. ^ Ozata DM, Gainetdinov I, Zoch A, Phillip D, Zamore PD (2019). "PIWI-interacting RNAs: small RNAs with big functions" (PDF). Nature Reviews Genetics. 20 (2): 89–108. doi:10.1038/s41576-018-0073-3. PMID 30446728. S2CID 53565676.

Vanjski linkovi

uredi
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Piwi&oldid=3404847"