Credit: imageBROKER / Alamy Foto d’archivio
Nel 2001, l’interferenza dell’RNA — l’inibizione specifica della sequenza della funzione genica da parte dell’RNA a doppio filamento omologo (dsRNA)-era stata osservata in un’ampia gamma di eucarioti. Il fenomeno era stato collegato alla repressione dei trasposoni e alla difesa antivirale, specialmente nelle piante, ma l’intero spettro e la rilevanza funzionale di questo meccanismo negli animali erano sconosciuti. Quindi, Gvozdev e colleghi hanno dimostrato il silenziamento dipendente dall’omologia di geni stellati specifici del testicolo mediati da piccoli RNA generati da entrambi i filamenti del Soppressore del locus di ripetizione stellata nella linea germinale maschile Drosophila melanogaster. È interessante notare che il sollievo dal silenzio stellato ha portato anche alla de‑repressione dei retrotrasposoni e di altre ripetizioni genomiche in tandem. Questo lavoro segnò la scoperta di piRNAs, anche se ci sarebbero voluti altri cinque anni prima di ottenere questo nome.
Nel 2006, quattro studi hanno utilizzato il sequenziamento dell’RNA per identificare una classe di RNA lunghi 26-30 nucleotidi che si associavano specificamente alle proteine Argonaute del clade PIWI dei mammiferi in cellule germinali maschili di topo, ratto e umano‑da qui il nome ‘piRNAs’, per gli RNA interagenti con PIWI. Le proteine PIWI erano state geneticamente collegate al mantenimento delle cellule germinali e staminali e alla meiosi, sebbene la loro funzione biochimica rimanesse sconosciuta.
All’epoca, la sottofamiglia AGO-clade delle argonauteproteine aveva dimostrato di agire nell’interferenza dell’RNA e nella regolazione genica mediata dai microRNA utilizzando RNA 21-22-nucleotidi come guide di targeting. Tuttavia, piRNAs sembrava distinto. Ad esempio, vi erano poche prove di sovrapposizione di RNA complementari o di potenziali strutture ripiegabili, suggerendo che i PIRNA potrebbero non essere derivati da precursori del dsRNA. Zamore e colleghi hanno quindi fornito la prova che l’attività dell’endonucleasi Dicer-che è essenziale per i microRNA e la biogenesi dell’RNA interferente breve-era dispensabile per la generazione di piRNA in D. melanogaster. Questa scoperta ha portato alla realizzazione che i PIRNAS rappresentavano una nuova classe di piccoli RNA silenziatori indipendenti dal Dicer.
Tuttavia, il meccanismo che governa la biogenesi piRNA è rimasto inafferrabile fino al 2007, quando due gruppi hanno descritto in modo indipendente un intricato ciclo di amplificazione piRNA, il cosiddetto “ciclo PIRNA ping‑pong”. Sequenziamento di piccoli RNA associati a tutti e tre i D. le proteine melanogaster PIWI-clade-Piwi, Melanzana (Aub) e Argonaute 3 (Ago3) — hanno rivelato che ogni proteina si lega a specifiche popolazioni di piRNA: i PIRNA legati a Piwi e Aub erano principalmente antisensi alle sequenze di trasposoni e nutrivano una forte preferenza per avere un’uridina terminale 5ʹ. I piRNAs associati all’Ago3, d’altra parte, erano prevenuti per i filamenti di senso trasposonico e avevano una preferenza per un’adenina al nucleotide 10, senza preferenza per l’uridina all’estremità 5. La cosa più sorprendente è che le 5 estremità dei PIRNA legati ad Ago3 erano tipicamente compensate da dieci nucleotidi precisamente dalle 5 estremità dei PIRNA legati ad Aub complementari. Questo ha suggerito un modello in cui un PIRNA antisenso, complessato con Aub, riconoscerebbe e fende una trascrizione trasposone senso. Il prodotto scisso verrebbe quindi trasformato in un piRNA sense legato ad Ago3, che potrebbe cercare le trascrizioni target. La scissione Ago3‑diretta innesca la generazione del PIRNA antisenso originale, capace sia di mettere a tacere l’elemento dell’obiettivo che di amplificare ulteriormente la risposta. La maggior parte degli RNA precursori antisenso iniziali erano derivati da loci genomici discreti, i cosiddetti “cluster piRNA”, che sono costituiti principalmente da sequenze di trasposoni difettosi nella mosca.
Insieme, questi studi hanno stabilito la via piRNA come meccanismo di sorveglianza del trasposone. Anche se una pletora di studi successivi ha fornito ulteriori interessanti approfondimenti sul percorso piRNA e sulla sua funzione di salvaguardia dell’integrità e della fertilità del genoma, molte domande riguardanti i precisi meccanismi molecolari della generazione di piRNA e le loro diverse funzioni di silenziamento sono ancora senza risposta e il soggetto rimane un’area attiva di ricerca.