RasiРНК

Ассоциированные с повторами малые интерферирующие РНК, rasiРНК (англ. repeat associated small interfering RNA, rasiRNA) — группа малых некодирующих РНК, действующих по механизму РНК-интерференции. Часто многие rasiРНК относят к piРНК — классу малых некодирующих РНК, взаимодействующих с белками Piwi, Aub и Ago3 семейства Argonaute[1]. В клетках зародышевой линии rasiРНК вовлечены в образование и поддержание гетерохроматина, контроль транскриптов, считывающихся с повторяющихся последовательностей, и сайленсинг транспозонов и ретротранспозонов[2][3].

RasiРНК были открыты в 2001 году у плодовой мушки Drosophila melanogaster[4].

Распространение

RasiРНК были обнаружены у плодовой мушки Drosophila и некоторых одноклеточных эукариот, однако их наличие у млекопитающих не было подтверждено, в отличие от piРНК, выявленных у многих видов беспозвоночных и позвоночных, включая млекопитающих[5]. Впрочем, так как белки, связывающиеся с rasiРНК, имеются у беспозвоночных и позвоночных, может оказаться, что у них есть и rasiРНК, которые пока не были обнаружены. RasiРНК имеются у дрожжей Schizosaccharomyces pombe, а также у некоторых растений, и ни у одного из этих видов не было выявлено наличие белков Piwi (Piwi имеются лишь у животных[6])[7]. Показано, что и piРНК, и rasiРНК наследуются по материнской линии, однако, скорее всего, белки Piwi наследуются по материнской линии, из-за чего наблюдалось наследование и piРНК, и rasiРНК по материнской линии[8].

Отличия от других интерферирующих РНК

RasiРНК отличаются от других классов РНК, осуществляющих РНК-интерференцию: микроРНК, малых интерферирующих РНК (siРНК) и piРНК. В отличие от микроРНК и siРНК, взаимодействующих с белками группы AGO семейства Argonaute, rasiРНК взаимодействуют с группой белков Piwi того же семейства[9][10]. RasiРНК также отличаются своим размером. В отличие от микроРНК длиной 21—23 нуклеотид (н.), siРНК длиной 20—25 н. и piРНК длиной 24—31 н. rasiРНК имеет длину от 24 до 29 н. в зависимости от организма[11]. В то время как siРНК образуются и из смысловых, и из антисмысловых транскриптов, rasiРНК образуются исключительно из антисмысловых[12]. Более того, хотя для процессинга микроРНК нужен фермент Dicer-1, а siРНК — Dicer-2, то rasiРНК не нужен ни один из этих белков. Впрочем, у растений имеются Dicer-подобные (Dcl) белки, причём Dcl1 процессирует микроРНК и siРНК длиной 24 н., а Dcl2 — rasiРНК длиной 24 н[7][13]. Эти данные свидетельствуют о том, что образование rasiРНК не только отличается от образования микроРНК и siРНК и у растений rasiРНК функционируют в отсутствие белков Piwi[7].

Образование

Пинг-понг-механизм образования 5'-конца rasiРНК.

Предполагается, что источником rasiРНК служат двуцепочечные РНК, образующиеся при отжиге смысловых и антисмысловых транскриптов мобильных генетических элементов. Биогенез rasiРНК независим от Dicer, однако для него необходимы белки семейства Argonaute: Ago3, Piwi и Piwi-подобный белок Aubergine (Aub). Путь образования rasiРНК представляет собой цикл пинг-понг. Сначала уже существующая молекула rasiРНК в комплексе с белками Piwi/Aub связывается с первичным транскриптом мобильного элемента или повторяющихся последовательностей (отсюда название этой группы РНК[2]) и вызывает отрезание фрагмента транскрипта. Один из оставшихся фрагментов связывается с белком Ago3 и вместе с ним связывается с антисмысловым первичным транскриптом, катализируя отрезание фрагмента от него. Этот фрагмент далее связывается с Piwi/Aub и может далее разрушать смысловые вредоносные транскрипты и одновременно обеспечивать образование новых rasiРНК (пинг-понг-цикл). На схеме слева приведена схема этого процесса с указанием процессинга 5'-конца rasiРНК, однако путь процессинга 3'-конца остаётся неизвестным[7].

Функции

В то время как микроРНК осуществляет репрессию на уровне трансляции и разрушение мРНК, siРНК — разрушение мРНК, rasiРНК участвует в регуляции структуры хроматина и трансляционном сайленсинге[7]. У Drosophila мутации в белках Piwi, связывающихся с rasiРНК, приводят к стерильности и утрате клеток зародышевой линии и у самцов, и у самок[11]. Репрессия транспозонов не зависит от утраты Dicer клетками зародышевой линии, следовательно, они являются мишенью действия rasiРНК (процессинг микроРНК и siРНК зависим от Dicer)[7]. Подобно микроРНК и siРНК, путь rasiРНК эволюционно консервативен. В отсутствие rasiрНК-пути в клетках зародышевой линии может происходить ретранспозиция, которая приводит к повреждениям ДНК и запускает апоптоз[14].

Примечания

  1. ↑ Макарова Ю. А., Крамеров Д. А. Некодирующие РНК (рус.) // Биохимия. — 2007. — Т. 72, № 11. — С. 1427—1448. Архивировано 14 июля 2014 года.
  2. ↑ 1 2 Dorner S., Eulalio A., Huntzinger E., Izaurralde E. Delving into the diversity of silencing pathways. Symposium on MicroRNAs and siRNAs: biological functions and mechanisms. (англ.) // EMBO reports. — 2007. — Vol. 8, no. 8. — P. 723—729. — doi:10.1038/sj.embor.7401015. — PMID 17599087. [исправить]
  3. ↑ Klattenhoff C., Bratu D. P., McGinnis-Schultz N., Koppetsch B. S., Cook H. A., Theurkauf W. E. Drosophila rasiRNA pathway mutations disrupt embryonic axis specification through activation of an ATR/Chk2 DNA damage response. (англ.) // Developmental cell. — 2007. — Vol. 12, no. 1. — P. 45—55. — doi:10.1016/j.devcel.2006.12.001. — PMID 17199040. [исправить]
  4. ↑ Aravin A. A., Naumova N. M., Tulin A. V., Vagin V. V., Rozovsky Y. M., Gvozdev V. A. Double-stranded RNA-mediated silencing of genomic tandem repeats and transposable elements in the D. melanogaster germline. (англ.) // Current biology : CB. — 2001. — Vol. 11, no. 13. — P. 1017—1027. — PMID 11470406. [исправить]
  5. ↑ Girard A., Sachidanandam R., Hannon G. J., Carmell M. A. A germline-specific class of small RNAs binds mammalian Piwi proteins. (англ.) // Nature. — 2006. — Vol. 442, no. 7099. — P. 199—202. — doi:10.1038/nature04917. — PMID 16751776. [исправить]
  6. ↑ Houwing S., Kamminga L. M., Berezikov E., Cronembold D., Girard A., van den Elst H., Filippov D. V., Blaser H., Raz E., Moens C. B., Plasterk R. H., Hannon G. J., Draper B. W., Ketting R. F. A role for Piwi and piRNAs in germ cell maintenance and transposon silencing in Zebrafish. (англ.) // Cell. — 2007. — Vol. 129, no. 1. — P. 69—82. — doi:10.1016/j.cell.2007.03.026. — PMID 17418787. [исправить]
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 Aravin A., Tuschl T. Identification and characterization of small RNAs involved in RNA silencing. (англ.) // FEBS letters. — 2005. — Vol. 579, no. 26. — P. 5830—5840. — doi:10.1016/j.febslet.2005.08.009. — PMID 16153643. [исправить]
  8. ↑ Tomari Y., Du T., Haley B., Schwarz D. S., Bennett R., Cook H. A., Koppetsch B. S., Theurkauf W. E., Zamore P. D. RISC assembly defects in the Drosophila RNAi mutant armitage. (англ.) // Cell. — 2004. — Vol. 116, no. 6. — P. 831—841. — PMID 15035985. [исправить]
  9. ↑ Song J. J., Smith S. K., Hannon G. J., Joshua-Tor L. Crystal structure of Argonaute and its implications for RISC slicer activity. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2004. — Vol. 305, no. 5689. — P. 1434—1437. — doi:10.1126/science.1102514. — PMID 15284453. [исправить]
  10. ↑ Leung A. K., Calabrese J. M., Sharp P. A. Quantitative analysis of Argonaute protein reveals microRNA-dependent localization to stress granules. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2006. — Vol. 103, no. 48. — P. 18125—18130. — doi:10.1073/pnas.0608845103. — PMID 17116888. [исправить]
  11. ↑ 1 2 Faehnle C. R., Joshua-Tor L. Argonautes confront new small RNAs. (англ.) // Current opinion in chemical biology. — 2007. — Vol. 11, no. 5. — P. 569—577. — doi:10.1016/j.cbpa.2007.08.032. — PMID 17928262. [исправить]
  12. ↑ Vagin V. V., Sigova A., Li C., Seitz H., Gvozdev V., Zamore P. D. A distinct small RNA pathway silences selfish genetic elements in the germline. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2006. — Vol. 313, no. 5785. — P. 320—324. — doi:10.1126/science.1129333. — PMID 16809489. [исправить]
  13. ↑ Xie Z., Johansen L. K., Gustafson A. M., Kasschau K. D., Lellis A. D., Zilberman D., Jacobsen S. E., Carrington J. C. Genetic and functional diversification of small RNA pathways in plants. (англ.) // Public Library of Science Biology. — 2004. — Vol. 2, no. 5. — P. e104. — doi:10.1371/journal.pbio.0020104. — PMID 15024409. [исправить]
  14. ↑ Belgnaoui S. M., Gosden R. G., Semmes O. J., Haoudi A. Human LINE-1 retrotransposon induces DNA damage and apoptosis in cancer cells. (англ.) // Cancer cell international. — 2006. — Vol. 6. — P. 13. — doi:10.1186/1475-2867-6-13. — PMID 16670018. [исправить]

Литература

  • Вагин Василий Владимирович. Характеристика биогенеза rasiРНК в герминальной ткани DROSOPHILA MELANOGASTER. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. — М., 2007. — 23 с. Архивная копия от 2 апреля 2015 на Wayback Machine
  • Theurkauf W. E., Klattenhoff C., Bratu D. P., McGinnis-Schultz N., Koppetsch B. S., Cook H. A. rasiRNAs, DNA damage, and embryonic axis specification. (англ.) // Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology. — 2006. — Vol. 71. — P. 171—180. — doi:10.1101/sqb.2006.71.066. — PMID 17381294. [исправить]
  • Shpiz S., Kwon D., Rozovsky Y., Kalmykova A. rasiRNA pathway controls antisense expression of Drosophila telomeric retrotransposons in the nucleus. (англ.) // Nucleic acids research. — 2009. — Vol. 37, no. 1. — P. 268—278. — doi:10.1093/nar/gkn960. — PMID 19036789. [исправить]