Credit: imageBROKER / Alamy stockfoto
tegen 2001, was de interferentie van RNA-de opeenvolging-specifieke remming van genfunctie door homologe dubbelstrengs RNA (dsRNA) — waargenomen in een brede waaier van eukaryotes. Het fenomeen was gekoppeld aan transposon-onderdrukking en antivirale verdediging, vooral bij planten, maar het volledige spectrum en de functionele relevantie van dit mechanisme bij dieren was onbekend. Dan, demonstreerden Gvozdev en collega ‘ s homologie-afhankelijke het tot zwijgen brengen van testis-specifieke Stellaatgenen die door kleine RNAs worden bemiddeld die van beide bundels van de Suppressor van Stellate worden gegenereerd herhaal locus in de mannelijke kiemlijn van Drosophila melanogaster. Interessant is dat de verlichting van het tot zwijgen brengen van Stellaten ook leidde tot de‑onderdrukking van retrotransposons en andere genomische tandem herhalingen. Dit werk markeerde de ontdekking van Pirna ‘ s, hoewel het nog vijf jaar zou duren voordat ze deze naam kregen.
in 2006 gebruikten vier studies RNA-sequencing om een klasse van 26-30‑nucleotide-lange RNAs te identificeren die specifiek geassocieerd werd met Piwi-clade Argonaute — eiwitten van zoogdieren in muizen, ratten en menselijke mannelijke geslachtscellen-vandaar de naam ‘piRNAs’, voor Piwi-interagerende RNAs. PIWI-eiwitten waren genetisch gekoppeld aan het behoud van kiemcellen en stamcellen en aan meiose, hoewel hun biochemische functie onbekend bleef.
op dat moment bleek de verwante AGO-clade subfamilie van Argonauteproteïnen te werken in RNA-interferentie en microRNA‑gemedieerde genregulatie met behulp van 21-22-nucleotide RNAs als richtgidsen. Echter, piRNAs leek verschillend. Er was bijvoorbeeld weinig bewijs voor overlappende complementaire RNAs of potentiële vouw-backstructuren, wat suggereert dat Pirna ‘ s niet zouden kunnen worden afgeleid uit dsRNA-precursoren. Zamore en collega ‘ s leverden vervolgens bewijs dat Dicer endonuclease activiteit — die essentieel is voor microRNA en korte interfererende RNA biogenese — overbodig was voor piRNA generatie in D. melanogaster. Deze bevinding leidde tot het besef dat piRNAs een nieuwe klasse van Dicer-onafhankelijke kleine silencing RNAs vertegenwoordigde.
toch bleef het mechanisme dat de biogenese van piRNA reguleert ongrijpbaar tot 2007, toen twee groepen onafhankelijk een ingewikkelde piRNA-amplificatiekringloop beschreven, de zogenaamde’Pirna-pingpongcyclus’. Het rangschikken van kleine RNAs verbonden aan alle drie D. melanogaster PIWI-clade proteïnen-Piwi, Aubergine (Aub) en Argonaute 3 (Ago3) — toonden aan dat elk eiwit zich bindt aan specifieke Pirna-populaties: Piwi-gebonden en Aub-gebonden Pirna ‘ s waren voornamelijk antisense voor transposonsequenties en hadden een sterke voorkeur voor het hebben van een 5ʹ terminale uridine. Ago3-geassocieerde Pirna ‘ s, aan de andere kant, waren bevooroordeeld voor transposonbetekenisstrengen en hadden een voorkeur voor een adenine bij nucleotide 10, zonder voorkeur voor uridine bij het 5ʹ-eind. Het meest opvallend, werden de 5 ends einden van Ago3-gebonden Pirna ’s typisch gecompenseerd door precies tien nucleotiden van de 5ʹ einden van complementaire Aub-gebonden Pirna’ s. Dit suggereert een model waarin een antisense piRNA, gecomplexeerd met Aub, zou herkennen en splitsen van een zintuig transposon transcript. Het gespleten product zou dan in een Ago3‑gebonden betekenis piRNA worden verwerkt, die doelafschriften kon opzoeken. Ago3-gerichte splitsing triggers generatie van de originele antisense piRNA, geschikt voor zowel het tot zwijgen brengen van het doelelement en verdere versterking van de reactie. De meerderheid van de eerste antisense voorloper RNAs werd afgeleid uit discrete genomische loci, zogenaamde ‘Pirna clusters’, die hoofdzakelijk uit defecte transposonopeenvolgingen in de vlieg bestaan.
samen stelden deze studies de Pirna-route vast als een transposonbewakingsmechanisme. Hoewel een overvloed aan latere studies extra spannende inzichten verschafte in de Pirna-route en zijn functie als een waarborg van genoomintegriteit en vruchtbaarheid, zijn veel vragen met betrekking tot de precieze moleculaire mechanismen van de piRNA-generatie en hun diverse tot zwijgen brengende functies nog steeds onbeantwoord en blijft het onderwerp een actief onderzoeksgebied.