Los genes Piwi (o PIWI ) se identificaron como proteínas reguladoras responsables de la diferenciación de células madre y germinales . [4] Piwi es una abreviatura de testículo WI mpy inducido por elemento P [ a] en Drosophila . [6] Las proteínas Piwi son proteínas de unión a ARN altamente conservadas y están presentes tanto en plantas como en animales. [7] Las proteínas Piwi pertenecen a la familia Argonaute/Piwi y han sido clasificadas como proteínas nucleares. Los estudios sobre Drosophila también han indicado que las proteínas Piwi no tienen actividad cortadora conferida por la presencia del dominio Piwi. [8] Además, Piwi se asocia con la proteína heterocromatina 1 , un modificador epigenético y secuencias complementarias de ARNpi. Estos son indicios del papel que desempeña Piwi en la regulación epigenética. También se cree que las proteínas Piwi controlan la biogénesis del piRNA, ya que muchas proteínas similares a Piwi contienen actividad de corte que permitiría a las proteínas Piwi procesar el piRNA precursor en piRNA maduro.
Se ha resuelto la estructura de varias proteínas Piwi y Argonaute (Ago). Las proteínas Piwi son proteínas de unión a ARN con 2 o 3 dominios : el dominio PAZ N-terminal se une al extremo 3' del ARN guía; el dominio MID medio se une al 5'-fosfato del ARN; y el dominio PIWI C-terminal actúa como una endonucleasa RNasa H que puede escindir el ARN. [9] [10] Los pequeños ARN asociados de las proteínas Ago son microARN (miARN). Las proteínas Ago utilizan miARN para silenciar genes postranscripcionalmente o utilizan ARN de pequeña interferencia (ARNip) en los mecanismos de silenciamiento tanto de transcripción como postranscripción. Las proteínas Piwi interactúan con piRNA (28 a 33 nucleótidos) que son más largos que los miRNA y siRNA (~20 nucleótidos), lo que sugiere que sus funciones son distintas de las de las proteínas Ago. [9]
Actualmente hay cuatro proteínas humanas Piwi conocidas: proteína similar a PIWI 1, proteína similar a PIWI 2, proteína similar a PIWI 3 y proteína similar a PIWI 4. Todas las proteínas humanas Piwi contienen dos dominios de unión a ARN, PAZ y Piwi. Las cuatro proteínas similares a PIWI tienen un sitio de unión espacioso dentro del dominio PAZ que les permite unirse al voluminoso 2'-OCH3 en el extremo 3' del ARN que interactúa con piwi . [11]
Uno de los principales homólogos humanos , cuya regulación positiva está implicada en la formación de tumores como los seminomas , se llama hiwi ( para humano p iwi ). [12]
Las proteínas homólogas en ratones han sido llamadas miwi (para ratón piwi ) . [13]
Las proteínas PIWI desempeñan un papel crucial en la fertilidad y el desarrollo de la línea germinal en animales y ciliados. Identificadas recientemente como un componente de los gránulos polares, las proteínas PIWI parecen controlar la formación de células germinales hasta tal punto que, en ausencia de proteínas PIWI, hay una disminución significativa en la formación de células germinales. Se hicieron observaciones similares con los homólogos de ratón de PIWI, MILI, MIWI y MIWI2. Se sabe que estos homólogos están presentes en la espermatogénesis. Miwi se expresa en varias etapas de formación de espermatocitos y elongación de espermátidas donde Miwi2 se expresa en células de Sertoli . Los ratones con deficiencia de Mili o Miwi-2 experimentaron una detención de las células madre espermatogénicas y los que carecían de Miwi-2 sufrieron una degradación de las espermatogonias. [14] Los efectos de las proteínas piwi en líneas germinales humanas y de ratón parecen derivarse de su participación en el control de la traducción, ya que se sabe que Piwi y el pequeño ARN no codificante, el ARN que interactúa con piwi (piRNA), cofraccionan polisomas. La vía piwi-piRNA también induce la formación de heterocromatina en los centrómeros , [15] afectando así la transcripción. La vía piwi-piRNA también parece proteger el genoma. Observadas por primera vez en Drosophila, las vías mutantes piwi-piRNA condujeron a un aumento directo de las roturas del dsDNA en las células germinales del ovario. El papel de la vía piwi-piRNA en el silenciamiento de transposones puede ser responsable de la reducción de las roturas del dsDNA en las células germinales.
El dominio piwi [16] es un dominio proteico que se encuentra en las proteínas piwi y en una gran cantidad de proteínas de unión a ácidos nucleicos relacionadas , especialmente aquellas que se unen y escinden el ARN . La función del dominio es la hidrólisis guiada por ARN bicatenario de ARN monocatenario que se ha determinado en la familia argonauta de proteínas relacionadas. [1] Los argonautas, la familia mejor estudiada de proteínas de unión a ácidos nucleicos, son enzimas similares a la RNasa H que llevan a cabo las funciones catalíticas del complejo silenciador inducido por ARN (RISC). En el conocido proceso celular de interferencia de ARN , la proteína argonauta del complejo RISC puede unirse tanto a pequeños ARN de interferencia (ARNip) generados a partir de ARN bicatenario exógeno como a microARN (miARN) generados a partir de ARN endógeno no codificante , ambos producidos por la ribonucleasa Dicer , para formar un complejo ARN-RISC. Este complejo se une y escinde el ARN mensajero de emparejamiento de bases complementarias , destruyéndolo e impidiendo su traducción en proteína. Los dominios piwi cristalizados tienen un sitio de unión básico conservado para el extremo 5' del ARN unido; en el caso de proteínas argonautas que se unen a cadenas de ARNip, la última base nucleotídica desapareada del ARNip también se estabiliza mediante interacciones de apilamiento de bases entre la base y los residuos de tirosina vecinos . [17]
La evidencia reciente sugiere que el papel funcional de las proteínas piwi en la determinación de la línea germinal se debe a su capacidad para interactuar con los miARN. Los componentes de la vía de los miARN parecen estar presentes en el polo plasma y desempeñar un papel clave en el desarrollo temprano y la morfogénesis de los embriones de Drosophila melanogaster , en los que se ha estudiado ampliamente el mantenimiento de la línea germinal. [18]
Se ha definido en células de mamíferos una nueva clase de miARN más largos que el promedio, conocidos como ARN que interactúan con Piwi (piARN), de aproximadamente 26 a 31 nucleótidos de largo en comparación con los miARN o siARN más típicos de aproximadamente 21 nucleótidos. Estos piRNA se expresan principalmente en células espermatogénicas de los testículos de los mamíferos. [19] Pero los estudios han informado que la expresión de ARNpi se puede encontrar en las células somáticas de los ovarios y en las células neuronales de los invertebrados, así como en muchas otras células somáticas de los mamíferos. Se han identificado piARN en los genomas de ratones , ratas y humanos , con una organización genómica "agrupada" inusual [20] que puede originarse a partir de regiones repetitivas del genoma como retrotransposones o regiones normalmente organizadas en heterocromatina , y que normalmente se derivan exclusivamente de la cadena antisentido de ARN bicatenario. [21] Por lo tanto, los piRNA se han clasificado como pequeños ARN de interferencia asociados a repeticiones ( rasiRNA ). [22]
Aunque su biogénesis aún no se comprende bien, se cree que los ARNpi y las proteínas Piwi forman un sistema endógeno para silenciar la expresión de elementos genéticos egoístas como los retrotransposones y así evitar que los productos genéticos de tales secuencias interfieran con la formación de células germinales. [21] [23]
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