Τα τελευταία χρόνια η έρευνα στο πεδίο της γονιδιακής έκφρασης έχει εστιάσει αρκετά στο επίπεδο της μεταγραφής και μετά τη μεταγραφή και έχουν ανακαλυφθεί μικρά μόρια RNA με πληθώρα διαφορετικών λειτουργιών.
| snRNAs | small nuclear | Μικρά πυρηνικά RNAs. συμμετέχουν σε ποικιλία πυρηνικών λειτουργιών περιλαμβανομένης της ωρίμανσης του πρόδρομου mRNA. |
| snoRNAs | small nucleolar | Μικρά RNAs του πυρηνίσκου. Χρησιμοποιούνται στη κατεργασία και στη χημική τροποποίηση των rRNAs. |
| scaRNAs | small Cajal | Μικρά RNAs των σωματίων Cajal του πυρηνίσκου. Χρησιμοποιούνται στη τροποποίηση των snoRNAs και των snRNAs. |
| miRNAs | micro (RNAs) | Μίκρο RNAs, ρυθμίζουν την γονιδιακή έκφραση επιλεγμένων ενδογενών mRNAs κυρίως με αναστολή της μεταγραφής ή της μετάφρασης. |
| siRNAs | small interfering short interfering | Μικρά RNAs παρεμβολής. Καταστέλλουν την γονιδιακή έκφραση μέσω διάσπασης των mRNAs και το σχηματισμό πυκνής χρωματίνης. |
| piRNAs | piwi-interacting | Μικρά RNAs παρεμβολής. Συμμετέχουν στην μεταγραφική αποσιώπηση των ρετροτρανσποζονίων σε κύτταρα γαμετικής σειράς. |
| gRNAs | guide | Οδηγά RNAs, καθοδηγούν την εκδοτική κατεργασία των mRNAs με τη προσθήκη ουρακίλης στην αλληλουχία του mRNA. |
| ncRNAs | non-coding | Μη κωδικοποιητικά RNAs. Συμμετέχουν σε ποικιλία κυτταρικών διεργασιών όπως σύνθεση τελομερών, αδρανοποίηση του Χ χρωμοσώματος και τη μεταφορά πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο. |
Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιων RNA μορίων είναι τα miRNAs (micro RNAs) τα οποία είναι μικρά μόρια RNA –που κωδικοποιούνται από συγκεκριμένα γονίδια του οργανισμού- αποτελούμενα από 22 περίπου νουκλεοτίδια. Εντοπίζονται στο γονιδίωμα φυτών, ζώων αλλά και κάποιων ιών και παίζουν ρόλο στην αποσιώπηση της έκφρασης κάποιων mRNAs αλλά και γενικά στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Μια άλλη κατηγορία αποτελούν τα siRNAs –τα οποία έχουν κυρίως ιική προέλευση και δρουν και αυτά αποσιωπώντας την έκφραση mRNAs.
Στα κύτταρα της γαμετικής σειράς (γονάδες) αλλά και στα κύτταρα των εμβρύων πρώιμων σταδίων ανακαλύφθηκαν πρόσφατα μικρά RNA μορία –τα piRNAs– τα οποία είναι ικανά να αναγνωρίζουν και να ‘αποσιωπούν’ μεταθετά στοιχεία.
Τα μεταθετά στοιχεία (transposons) είναι αλληλουχίες DNA οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να μετακινούνται από μια θέση σε άλλη στο γονιδίωμα, με τη βοήθεια ενός ενζύμου (τρανσποζάση) που κωδικοποιείται είτε από το ίδιο το μεταθετό στοιχείο είτε από κάποια άλλη αλληλουχία –με αποτέλεσμα να διαταράσσουν την κωδικοποίηση της γενετικής πληροφορίας. Τα μεταθετά στοιχεία μπορεί να υπάρχουν ενδογενώς στο γονιδίωμα κάποιων οργανισμών (πχ του σακχαρομύκητα ή της Δροσόφιλας) ή να προέρχονται από ιούς και κατηγοριοποιούνται περαιτέρω ανάλογα με το πρότυπο της αλληλουχίας τους και το αν μπορούν να κωδικοποιούν το απαραίτητο ένζυμο για τη μετάθεσή τους. Αξίζει να σημειώσουμε ότι δεν έχουν όλα τα μεταθετά στοιχεία αρνητικό αντίκτυπο στη γονιδιακή έκφραση, ωστόσο αν μετατεθούν μέσα στην κωδικοποιούσα περιοχή ενός γονιδίου είναι σαφές ότι θα καταστείλουν την έκφρασή του, με τις ανάλογες συνέπειες.
Τα piRNAs αποτελούν μια νέα κατηγορία μικρών RNAs τα οποία αυτά αλληλεπιδρούν με τις πρωτεΐνες PIWI (γι’ αυτό και ονομάζονται PIWI Interacting RNAs) τις οποίες καθοδηγούν στην αλληλουχία-στόχο και αυτές την καταστρέφουν! Τα piRNAs και οι πρωτεΐνες PIWI έχουν κυρίως εντοπιστεί σε κύτταρα του αναπαραγωγικού συστήματος και αυτό πιθανόν οφείλεται στο γεγονός ότι σε αυτά τα κύτταρα η διατήρηση της ακεραιότητας του γενετικού υλικού έχει σαφώς ζωτική σημασία καθώς αυτά είναι που θα σχηματίσουν το ζυγωτό και στη συνέχεια το νέο οργανισμό. Πρέπει να λάβουμε υπόψη μας ότι τα μεταθετά στοιχεία, παρά το γεγονός ότι προσδίδουν κάποια πλεονεκτήματα, όταν η μετάθεσή τους στο γονιδίωμα γίνει ανεξέλεγκτη ενέχει σοβαρούς κινδύνους, ειδικά σε ότι αφορά τη γονιμότητα. Τη σημασία του ρόλου των πρωτεϊνών PIWI στα γαμετικά κύτταρα τονίζει και το γεγονός ότι –σύμφωνα με άλλες μελέτες- μεταλλαγές στις πρωτεΐνες PIWI οδηγούν σε στειρότητα (R.J. Ross et al., 2014). Ωστόσο έχει βρεθεί ότι οι πρωτεΐνες PIWI εκφράζονται και σε σωματικά κύτταρα και ιδιαίτερα σε περιπτώσεις καρκίνου, αλλά ο ρόλος τους εκεί δεν έχει διευκρινιστεί ακόμα.
Σχηματική αναπαράσταση των βασικών μηχανσμών δράσης miRNAs, siRNAs και piRNAs
Πηγή: www.nature.com
Με βάση λοιπόν τα όσα είναι γνωστά μέχρι σήμερα τα piRNAs έχουν μήκος περίπου 30 νουκλεοτίδια και προσδένονται στις πρωτεΐνες PIWI για να τις οδηγήσουν στην αλληλουχία-στόχο, η οποία μπορεί να είναι είτε το mRNA που έχει παραχθεί από ένα γονίδιο που μεταπήδησε σε λάθος θέση είτε το ίδιο το γονίδιο καθώς μπορούν να εισέλθουν και στον πυρήνα του κυττάρου και να το αποσιωπήσουν. Παρόλο που τα piRNAs έχουν ανακαλυφθεί από το 2006 οι επιστήμονες δεν ήταν –μέχρι πρόσφατα- σε θέση να γνωρίζουν ακριβώς το μηχανισμό με τον οποίο παράγονται. Η πρόσφατη έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell Reports και έχει διεξαχθεί από εργαστήρια του EMBL (European Molecular Biology Laboratory) της Grenoble και του CEA της Grenoble ιχνηλατεί τη δράση του piRNA εισάγοντας ένα τεχνητό γονίδιο –που έχει την ικανότητα να μεταπηδά- στο γονιδίωμα κυττάρων των γονάδων στην Drosophila melanogaster. Οι επιστήμονες είδαν ότι το piRNA προσδένεται σε ένα mRNA του γονιδίου αυτού στο κυτταρόπλασμα και στην πρωτεΐνη PIWI, η οποία στη συνέχεια κόβει τα πρώτα νουκλεοτίδια του mRNA αυτού καθιστώντας το ανενεργό.
Αυτό όμως είναι μόνο το πρώτο βήμα της διαδικασίας –σύμφωνα με τους ερευνητές. Μετά την αποσιώπηση του mRNA η πρωτεΐνη PIWI και το piRNA συνεχίζουν τη ‘δουλειά’ τους πάνω στο mRNA-στόχο κόβοντας, καθώς προχωρούν τμήματα 30 νουκλεοτιδίων, τα οποία γίνονται νέα piRNAs, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Τα νέα αυτά piRNAs «φορτώνονται» πάνω σε μια νέα πρωτεΐνη PIWI –η οποία εισέρχεται στον πυρήνα για να αναγνωρίσει εκεί το γονίδιο-στόχο και να το αποσιωπήσει.
Συνοπτική απεικόνιση του τρόπου δράσης των piRNAs και των PIWI πρωτεϊνών
Πηγή: https://www.biologynews.net/
«Περιμέναμε να δούμε την αποσιώπηση του τεχνητού γονιδίου, στο κυτταρόπλασμα και εκπλαγήκαμε όταν διαπιστώσαμε ότι αυτό μετατράπηκε σε piRNAs που προσδέθηκαν πολύ ειδικά στην πρωτεΐνη PIWI η οποία αποσιωπεί τα μεταθετά στοιχεία στον πυρήνα» εξηγεί ο Ramesh Pillai από το EMBL της Grenoble και συμπληρώνει: « Η δημιουργία αντιγράφων piRNAs σίγουρα αυξάνει τον αριθμό των piRNAs που είναι ικανά να αναγνωρίζουν το συγκεκριμένο «μεταθετό» γονίδιο, μια και προέρχονται από αυτό. Αυτό σημαίνει ότι αμέσως μόλις τα νέα piRNAs ‘φορτωθούν’ πάνω στην πρωτεΐνη PIWI –μέσα στον πυρήνα του κυττάρου- την καθιστούν ικανή να αναγνωρίζει την αλληλουχία-στόχο μέσα στο γονιδίωμα και να την αποσιωπεί».
Οι έρευνες στο πεδίο των piRNAs συνεχίζονται με ταχείς ρυθμούς, καθώς πρόκειται για μόρια που εμπλέκονται και σε άλλες πολύ σημαντικές διαδικασίες, όπως η επιγενετική μεταγραφική ρύθμιση αλλά και διάφορες διαδικασίες που σχετίζονται με καρκινογένεση και έχουμε ακόμα πολλά να μάθουμε γι’ αυτά…
