PiRNA

Piwi etkileşimli RNA (piRNA), hayvan hücrelerinde eksprese edilen küçük kodlamayan RNA moleküllerinin en büyük sınıfıdır. 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.

piRNA’lar hem omurgasızlarda hem de omurgalılarda tespit edilmiştir. Biyogenez ve etki şekilleri türler arasında biraz farklılık göstermesine rağmen bir takım özellikler korunmuştur. 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. Bu modifikasyonun Drosophila melanogaster (meyve sineği), zebra balığı,, fare ve sıçan larda da var olduğu onaylanmıştır. 3’ modifikasyonun nedeni açık değildir ancak piRNA stabilitesini arttırdığı öne sürülmüştür. Memelilerde bulunan yüz binlerce farklı piRNA türünün bulunduğu düşünülmektedir ve şimdiye kadar farelerde 50,000’nin üzerinde farklı piRNA dizisi keşfedilmiştir.

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. piRNA’lar kümelenmesi türler arasında korunmuş diziler değildir. Drosophila melanogaster ve omurgalılardaki piRNA’lar herhangi bir protein kodlayan gen bulunmayan bölgelerde bulunurken, Caenorhabditis elegans’daki piRNA’ların protein kodlayıcı gen bölgelerinde bulunduğu tespit edilmiştir.

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

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.

Olası mekanizmalar önerilmiş olmasına rağmen, piRNA’ların biyogenezi henüz tam olarak anlaşılamamıştır. piRNA’lar yalnızca bir DNA sarmalından türetilirler, ve bu onların uzun tek iplikçikli öncü moleküllerin ürünü olduğuna işaret eder. 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. 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. İkincil piRNA’lar, onuncu konumda bir adenin dizisine sahiptirler. Ping pong çevriminde yer alan piRNA’lar, saldırılarını transposon transkriptlerine yönlendirdiğinden, ping pong çevrimi yalnızca transkripsiyon seviyesinde etkindir. Bu mekanizmalardan biri veya her ikisi farklı türlerde farklı şekilde bulunabilir. Örneğin; Caenorhabditis elegans piRNA’lara sahip olmasına rağmen ping pong mekanizmasını kullanmaz.

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

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

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. PIWI gen ekspresyonunun azalması veya yokluğu transpozonların artmış bir ifadesi ile korelasyon gösterir. Transpozonlar, konukçuları üzerinde zararlı etkilere neden olma potansiyeline sahiptir. piRNA yolaklarındaki mutasyonların D.melanogaster’lerdeki doğurganlığı azalttığı bulunmuştur. Ayrıca piRNA ve endo-siRNA’nın memeli oositlerinde transpozon kontrolüne benzer işlevselliğe sahip olabileceği düşünülmektedir.

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

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

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.

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.