piRNAs-vogtere af kimlinjen

i 2001 var RNA-interferens – den sekvensspecifikke inhibering af genfunktion ved homolog dobbeltstrenget RNA (dsRNA)-blevet observeret i en lang række eukaryoter. Fænomenet var blevet knyttet til transposon-undertrykkelse og anti-viralt forsvar, især i planter, men det fulde spektrum og funktionelle relevans af denne mekanisme hos dyr var ukendt. Derefter demonstrerede gvosdev og kolleger homologiafhængig lyddæmpning af testis-specifikke Stellatgener medieret af små RNA ‘ er genereret fra begge tråde af Suppressoren af stellat gentagne locus i Drosophila melanogaster mandlige kimlinie. Interessant nok førte lindring af Stellathæmning også til de‑undertrykkelse af retrotransposoner og andre genomiske tandem-gentagelser. Dette arbejde markerede opdagelsen af piRNAs, skønt det ville tage yderligere fem år, indtil de fik dette navn.

i 2006 anvendte fire undersøgelser RNA‑sekventering til at identificere en klasse af 26-30-nukleotid-lange RNA ‘er, der specifikt var forbundet med pattedyrspi — clade Argonaute-proteiner i mus, rotte og humane mandlige kønsceller-deraf navnet’ Pirna’, for Pirna-interagerende RNA ‘ er. Proteiner havde været genetisk forbundet med kimcelle-og stamcellevedligeholdelse og til meiose, skønt deres biokemiske funktion forblev ukendt.

på det tidspunkt havde den relaterede AGO-clade-underfamilie af Argonauteproteiner vist sig at virke i RNA‑interferens og mikroRNA-medieret genregulering ved hjælp af 21-22-nukleotid-RNA ‘ er som målretningsguider. PiRNAs virkede imidlertid forskellige. For eksempel var der kun få beviser for overlappende komplementære RNA ‘er eller potentielle fold-back strukturer, hvilket tyder på, at Pirna’ er muligvis ikke stammer fra dsRNA-forløbere. Dicer endonuklease aktivitet — som er afgørende for microRNA og kort interfererende RNA biogenese-var dispensabel for piRNA generation i D. melanogaster. Dette fund førte til erkendelsen af, at Pirna ‘er repræsenterede en ny klasse af Dicer-uafhængige små lyddæmpende RNA’ er.

alligevel forblev mekanismen for piRNA‑biogenese undvigende indtil 2007, hvor to grupper uafhængigt beskrev en indviklet piRNA-forstærkningssløjfe, den såkaldte ‘piRNA ping-pong-cyklus’. Sekventering af små RNA ‘ er forbundet med alle tre D. melanogaster PiVi-kladeproteiner-Pivi, Aubergine (Aub) og Argonaute 3 (Ago3) — afslørede, at hvert protein binder til specifikke piRNA-populationer: Pivi-bundne og Aub-bundne Pirna ‘ er var hovedsageligt antisense til transposon-sekvenser og indeholdt en stærk præference for at have en 5-liters terminal uridin. Ago3-associerede Pirna ‘ er var på den anden side partisk for transposon sense-tråde og havde en præference for et adenin ved nukleotid 10 uden præference for uridin ved 5-kur-enden. Mest påfaldende blev de 5 kurvede ender af Ago3‑bundne Pirna ‘er typisk opvejet af nøjagtigt ti nukleotider fra de 5 kurvede ender af komplementære Aub-bundne Pirna’ er. Dette foreslog en model, hvor en antisense piRNA, komplekseret med AUB, ville genkende og kløve en sense transposon transkription. Det spaltede produkt ville derefter blive behandlet til en Ago3‑bundet sense piRNA, som kunne søge måltranskripter. Ago3-rettet spaltning udløser generering af det originale antisense piRNA, der er i stand til både at dæmpe målelementet og yderligere forstærke responsen. Størstedelen af de indledende antisense precursor‑RNA ‘er stammer fra diskrete genomiske loci, såkaldte’ piRNA-klynger’, som hovedsageligt består af defekte transposonsekvenser i fluen.

tilsammen etablerede disse undersøgelser piRNA-vejen som en transposonovervågningsmekanisme. Selvom en overflod af senere undersøgelser gav yderligere spændende indsigt i piRNA-vejen og dens funktion som en beskyttelse af genomintegritet og fertilitet, mange spørgsmål vedrørende de nøjagtige molekylære mekanismer i piRNA-generation og deres forskellige lyddæmpningsfunktioner er stadig ubesvarede, og emnet forbliver et aktivt forskningsområde.