пиРНК, РНК взаимодействующих с PIWI (англ. PIWI-interacting RNA, piRNA) — отдельный класс малых некодирующих РНК (нкРНК, англ. ncRNA) взаимодействующих с белками PIWI для реализации механизма направленного подавления активности генов у животных. Длина пиРНК достигает 21-33 нуклеотиды. Наибольшая активность пиРНК наблюдается в период эмбрионального развития организмов и их мишенью является транспозонов.

пиРНК вместе с микроРНК и миРНК (малые интерферирующие РНК, англ. small interfering RNA, siRNA) выполняют РНК индуцированное подавление генов (англ. RNA silencing) — механизм пост-транскрипционной регуляции уровня мРНК в клетках. С помощью РНК подавления клетка способна регулировать активность определенных генов, быстро реагировать на сигналы поступающие в клетку, при этом не менять нуклеотидную последовательность ДНК. Но пиРНК в отличие от микроРНК и миРНК не так сильно изучены.

История открытия

Впервые пиРНК были показаны в плодовой мухи Drosophila melanogaster. При изучении того, как в гаметах самцов заглушается гены Stellate, было установлено, что с участка повторяющихся элементов Su (Ste) считывается РНК в обоих направлениях: прямом и обратном (смысл и антисенс), и такая двуспиральная короткая РНК приводит к деградации транскриптов Stellate. Позже тот же Alexei A. Aravin с коллегами показали в тканях семенников и у раннего эмбриона D. melanogaster наличие большого количества РНК длиной в 23-29 нуклеотидов, которые были названы rasiRNA (англ. repeat associated small interfering RNA, малые интерферирующие РНК, ассоциированные с повторами). В 2006 году было установлено, что Piwi (англ. P-element-induced wimpy testis), белок семьи Аргонавт, что у D. melanogaster отвечает за подавление ретротранспозонов, взаимодействует именно с rasiRNA.

Биогенез

пиРНК имеют длину 25-33 нуклеотидов, в зависимости от того, какой PIWI белок участвует в их образовании. пиРНК происходят с ДНК различных транспозонов, называемые пиРНК-кластерами. По разным локусов синтезируются пиРНК, которые имеют свои собственные, специфические последовательности. В отличие от биогенеза микроРНК и эндогенных малых интерферирующих РНК (эндо-миРНК), для созревания которых необходима активность ферментов семьи РНКазы III (нуклеаз Дроша и Дайсер), пиРНК генерируются независимо от РНКаз III.

Биогенез пиРНК лучше всего понятен в D. melanogaster. С одной пиРНК кластера может считываться (транскрибироваться) РНК в прямом или обратном направлениях (смысл / антисенс). Результатом транскрипции является длинная одноцепная молекула РНК, первичная пиРНК или пиРНК прекурсор. В цитоплазме пока не до конца выяснен механизм приводит к созреванию (процессинга) первичной пиРНК к антисенсовои пиРНК длиной 23-29 нуклеотидов, 5 'концевой участок которых очень склонна на жидкостях (У). Далее белки семейства Аргонавт (aubergine (AUB) и PIWI) связываются с такой одноцепочечной антисенсовою пиРНК и формируют комплекс, способный приводить к нуклеазного разрезания мРНК активных транспозонов. Расщепление мРНК активного транспозонов приводит к образованию содержательной пиРНК с сильной склонностью к аденина. Этот механизм называется «пинг-понг цикл».

Функции

Основная роль пиРНК — подавление транспозонов, мобильных генетических элементов в гамет разных организмов (мухи, рыбы, млекопитающие). Эта роль достаточно консервативна, то есть остается присутствовать в несильно измененном состоянии у многих животных в течение эволюционирования. Транспозонов могут негативно влиять на организм хозяина, потому что такие генетические элементы способны к копированию или вырезания и вставки себя из одного места ядерной ДНК на другое. Поэтому контроль активности транспозонов был важным механизмом, который выработался в организмах. В взрослого животного подавления транспозонов происходит также путем активности эндогенных интерферирующих РНК, тогда как в гаметах такую ​​функцию выполняют именно пиРНК.

РНК подавления

Механизм РНК индуцированного подавления (англ. RNA silencing) выполняет специфическое «выключения» генов-мишеней в организмах путем комплементарного распознавания мРНК соответствующей малой некодирующих РНК (пиРНК, микроРНК или миРНК). С такой нкРНК и белка семейства Аргонавт формируется RISC, РНК-индуцированный комплекс подавления (англ. RNA induced silencing complex).

Некоторые РНК формируются в виде двуспиральной молекул, но только одна цепь соединяется с белком семьи Аргонавт — это так называемый гид-цепь (англ. Guide strand).

Нарушения, возникающие из-за неисправности пиРНК-зависимого механизма

Подавление генов с помощью пиРНК было достаточно подробно изучено в Drosophila, где этот каскадный путь является важным для формирования гамет (гаметогенеза). Мутации в пиРНК каскаде приводят к нарушениям как в создании оси зародыша, так и в формировании гамет.