ピウィ

Piwi （またはPIWI ）遺伝子は、幹細胞および生殖細胞の分化に関与する調節タンパク質として同定されました。 Piwiは、 ショウジョウバエのP-element Induced WImpy testisの略です。 Piwiタンパク質は高度に保存されたRNA結合タンパク質であり、植物と動物の両方に存在します。 Piwiタンパク質はArgonaute / Piwiファミリーに属し、核タンパク質として分類されています。 ショウジョウバエに関する研究では、Piwiタンパク質がPiwiドメインの存在によって付与されるスライサー活性を持っていることも示されています。さらに、Piwiは、ヘテロクロマチンタンパク質1、エピジェネティック修飾因子、およびpiRNA相補配列と関連付けられています。これらは、Piwiがエピジェネティックな調節で果たす役割を示しています。 Piwiタンパク質は、piwiタンパク質が前駆体piRNAを成熟piRNAにプロセッシングできるスライサー活性を含むため、piRNAの生合成も制御すると考えられています。

タンパク質の構造と機能

いくつかのPiwiおよびArgonauteタンパク質（Ago）の構造が解決されました。 Piwiタンパク質は、2つまたは3 つのドメインを持つRNA結合タンパク質です。N末端のPAZドメインは、ガイドRNAの3 '末端に結合します。中間のMIDドメインはRNAの5'-リン酸に結合します。また、C末端PIWIドメインは、RNAを切断できるRNase Hエンドヌクレアーゼとして機能します。 Agoタンパク質のsmall RNAパートナーは、microRNA（miRNA）です。 Agoタンパク質はmiRNAを利用して、転写後に遺伝子をサイレンシングするか、転写および転写後のサイレンシングメカニズムの両方でsmall-interfering RNA（siRNA）を使用します。 Piwiタンパク質は、miRNAおよびsiRNA（〜20ヌクレオチド）よりも長いpiRNA（28〜33ヌクレオチド）と相互作用し、その機能がAgoタンパク質の機能とは異なることを示唆しています。

ヒトPiwiタンパク質

現在、4つの既知のヒトPiwiタンパク質があります。PIWI様タンパク質1、PIWI様タンパク質2、PIWI様タンパク質3、PIWI様タンパク質4です。ヒトPiwiタンパク質はすべて、PAZとPiwiの2つのRNA結合ドメインを含みます。 4つのPIWI様タンパク質はPAZドメイン内に広々とした結合部位を持ち、piwi相互作用RNAの3 '末端でかさばる2'-OCH3に結合します。

そのアップレギュレーションがセミノーマなどの腫瘍の形成に関係している主要なヒト相同体の1つは、 hiwi（ヒトpiwi ）と呼ばれます。

マウスの相同タンパク質は、miwi（マウスpiwi）と呼ばれています。

生殖細胞の役割

PIWIタンパク質は、動物および繊毛虫の生殖能力および生殖系列の発達に重要な役割を果たします。最近、極性顆粒成分として同定されたPIWIタンパク質は、生殖細胞形成を非常に制御しているようであり、PIWIタンパク質の非存在下では、生殖細胞形成の有意な減少が見られます。 PIWI、MILI、MIWI、MIWI2のマウスホモログでも同様の観察が行われました。これらの同族体は精子形成に存在することが知られています。 Miwiは、精母細胞の形成と精子細胞の伸長のさまざまな段階で発現し、Miwi2はセルトリ細胞で発現します。 MiliまたはMiwi-2のいずれかが欠損しているマウスは、精子形成幹細胞の停止を経験しており、Miwi-2を欠くマウスは、精原細胞の分解を受けました。ヒトとマウスの生殖細胞系におけるpiwiタンパク質の効果は、Piwiとsmall noncoding RNAであるpiwi-interacting RNA（piRNA）がポリソームを共分画することが知られているため、翻訳制御への関与から生じているようです。 piwi-piRNA経路はセントロメアでヘテロクロマチン形成も誘導するため、転写に影響します。 piwi-piRNA経路もゲノムを保護しているようです。ショウジョウバエで最初に観察された変異型piwi-piRNA経路により、卵巣生殖細胞のdsDNA切断が直接増加しました。トランスポゾンのサイレンシングにおけるpiwi-piRNA経路の役割は、生殖細胞のdsDNA切断の減少の原因である可能性があります。

RNA干渉における役割

piwiドメインは、piwiタンパク質および関連する多くの核酸結合タンパク質、特にRNAに結合して切断するタンパク質に見られるタンパク質ドメインです。ドメインの機能は、関連タンパク質のアルゴノートファミリーで決定されている一本鎖RNAの二本鎖RNA誘導加水分解です。最もよく研究されている核酸結合タンパク質ファミリーであるアルゴノートは、RNA誘導サイレンシング複合体（RISC）の触媒機能を果たすRNase H様酵素です。 RNA干渉のよく知られた細胞プロセスでは、RISC複合体のアルゴノートタンパク質は、外因性二本鎖RNAから生成された低分子干渉RNA（siRNA）と内因性非コードRNAから生成されたmicroRNA（miRNA）の両方に結合できます。リボヌクレアーゼダイサー、RNA-RISC複合体を形成します。この複合体は、相補的な塩基対合メッセンジャーRNAに結合して切断し、それを破壊してタンパク質への翻訳を防ぎます。結晶化されたpiwiドメインには、結合RNAの5 '末端に保存された基本結合部位があります。 siRNA鎖に結合するアルゴノートタンパク質の場合、siRNAの最後の不対ヌクレオチド塩基も、塩基と隣接するチロシン残基間の塩基スタッキング相互作用によって安定化されます。

最近の証拠は、生殖系列決定におけるpiwiタンパク質の機能的役割は、miRNAと相互作用する能力によるものであることを示唆しています。 miRNA経路の成分は極質に存在し、 キイロショウジョウバエの胚の初期発生と形態形成に重要な役割を果たすようです。

piRNAとトランスポゾンサイレンシング

最近、Piwi相互作用RNA（piRNA）として知られる平均よりも長いmiRNAの新規クラスが哺乳類細胞で定義されており、約21ヌクレオチドのより典型的なmiRNAまたはsiRNAと比較して約26-31ヌクレオチド長です。これらのpiRNAは、主に哺乳類の精巣の精子形成細胞で発現しています。しかし、最近の研究では、piRNAの発現は、他の多くの哺乳類の体細胞と同様に、無脊椎動物の卵巣体細胞およびニューロン細胞で見られることが報告されています。 piRNAはマウス、ラット、ヒトのゲノムで同定されており、レトロトランスポゾンや通常はヘテロクロマチンに組織化された領域など、ゲノムの反復領域に由来する異常な「クラスター化」ゲノム組織があります。二本鎖RNAのアンチセンス鎖。したがって、piRNAは、 リピート関連低分子干渉RNA （rasiRNA）として分類されています。その生合成はまだ十分に理解されていませんが、piRNAとPiwiタンパク質は、レトロトランスポゾンなどの利己的な遺伝要素の発現を抑制し、そのような配列の遺伝子産物が生殖細胞形成を妨げることを防ぐ内因性システムを形成すると考えられています。