Piwi

Los genes Piwi (o PIWI ) fueron identificados como proteínas reguladoras responsables de la diferenciación de células madre y células germinales . ^{[ 4 ]} Piwi es una abreviatura de P -element I nduced WI mpy testis ^{[ 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. Estudios en Drosophila también han indicado que las proteínas Piwi no tienen actividad de corte conferida por la presencia del dominio Piwi. ^{[ 8 ]} Además, Piwi se asocia con la proteína de heterocromatina 1 , un modificador epigenético, y secuencias complementarias de piRNA. 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, lo que permitiría a las proteínas Piwi procesar el piRNA precursor para convertirlo 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 central se une al fosfato 5' del ARN; y el dominio PIWI C-terminal actúa como una endonucleasa RNasa H que puede escindir el ARN. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Los ARN pequeños que interactúan con las proteínas Ago son los microARN (miARN). Las proteínas Ago utilizan miARN para silenciar genes postranscripcionalmente o utilizan ARN de interferencia pequeños (siARN) en mecanismos de silenciamiento tanto transcripcional como postranscripcional. Las proteínas Piwi interactúan con piARN (28-33 nucleótidos) que son más largos que los miARN y los siARN (~20 nucleótidos), lo que sugiere que sus funciones son distintas de las de las proteínas Ago. ^{[ 9 ]}

Actualmente se conocen cuatro proteínas Piwi humanas: proteína similar a PIWI 1, proteína similar a PIWI 2, proteína similar a PIWI 3 y proteína similar a PIWI 4. Todas las proteínas Piwi humanas 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 sobreexpresión está implicada en la formación de tumores como los seminomas , se llama hiwi ( por h uman piwi ) . ^{[ 12 ]}

Las proteínas homólogas en ratones se han denominado miwi (por m ouse 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 estas proteínas, se produce una disminución significativa en la formación de dichas células. Se realizaron observaciones similares con los homólogos murinos de PIWI, MILI, MIWI y MIWI2. Se sabe que estos homólogos están presentes en la espermatogénesis. Miwi se expresa en varias etapas de la formación de espermatocitos y la elongación de espermátidas, mientras que Miwi2 se expresa en las células de Sertoli . Los ratones deficientes en Mili o Miwi-2 han experimentado una detención de las células madre espermatogénicas y aquellos que carecen de Miwi-2 han sufrido una degradación de las espermatogonias. ^{[ 14 ]} Los efectos de las proteínas piwi en las líneas germinales humanas y murinas parecen derivar de su participación en el control de la traducción, ya que se sabe que Piwi y el pequeño ARN no codificante, 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. Observada por primera vez en Drosophila, la mutación de la vía piwi-piRNA provocó un aumento directo de las roturas de ADN bicatenario en las células germinales ováricas. El papel de la vía piwi-piRNA en el silenciamiento de transposones podría ser responsable de la reducción de las roturas de ADN bicatenario en las células germinales.

El dominio piwi ^{[ 16 ]} es un dominio proteico que se encuentra en las proteínas piwi y en un gran número de proteínas relacionadas que se unen a ácidos nucleicos , especialmente aquellas que se unen al ARN y lo escinden . La función del dominio es la hidrólisis de ARN monocatenario guiada por ARN de doble cadena que se ha determinado en la familia argonauta de proteínas relacionadas. ^{[ 1 ]} Las argonautas, la familia de proteínas que se unen a ácidos nucleicos más estudiada, son enzimas similares a la RNasa H que llevan a cabo las funciones catalíticas del complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC). En el conocido proceso celular de interferencia de ARN , la proteína argonauta en el complejo RISC puede unirse tanto al ARN de interferencia pequeño (siRNA) generado a partir de ARN de doble cadena exógeno como al microARN (miRNA) generado a partir de ARN no codificante endógeno , ambos producidos por la ribonucleasa Dicer , para formar un complejo ARN-RISC. Este complejo se une al ARN mensajero con apareamiento de bases complementarias y lo escinde , destruyéndolo e impidiendo su traducción a proteína. Los dominios piwi cristalizados tienen un sitio de unión básico conservado para el extremo 5' del ARN unido; en el caso de las proteínas argonauta que se unen a las hebras de siRNA, la última base nucleotídica no apareada del siRNA también se estabiliza mediante interacciones de apilamiento de bases entre la base y los residuos de tirosina vecinos . ^{[ 17 ]}

Evidencia reciente sugiere que la función de las proteínas piwi en la determinación de la línea germinal se debe a su capacidad para interactuar con los miRNA. Los componentes de la vía de los miRNA parecen estar presentes en el plasma polar y desempeñar un papel clave en el desarrollo temprano y la morfogénesis de los embriones de Drosophila melanogaster , en los que el mantenimiento de la línea germinal ha sido ampliamente estudiado. ^{[ 18 ]}

Se ha definido una nueva clase de miRNA más largos que el promedio, conocidos como ARN que interactúan con Piwi (piRNA), en células de mamíferos , de aproximadamente 26-31 nucleótidos de longitud en comparación con los miRNA o siRNA más típicos de aproximadamente 21 nucleótidos. Estos piRNA se expresan principalmente en células espermatogénicas en los testículos de los mamíferos. ^{[ 19 ]} Pero los estudios han informado que la expresión de piRNA puede encontrarse en las células somáticas ováricas y células neuronales en invertebrados, así como en muchas otras células somáticas de mamíferos. Se han identificado piRNA 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 del ARN de doble cadena. ^{[ 21 ]} Los piRNAs se han clasificado así como ARN pequeños de interferencia asociados a repeticiones ( rasiRNAs ). ^{[ 22 ]}

Aunque su biogénesis aún no se comprende del todo, se cree que los piRNA y las proteínas Piwi forman un sistema endógeno para silenciar la expresión de elementos genéticos egoístas como los retrotransposones y, por lo tanto, evitar que los productos génicos de dichas secuencias interfieran con la formación de células germinales. ^{[ 21 ] [ 23 ]}

• SCOP 110640 – Dominio Piwi en SCOP
• PDOC50822 – Dominio Piwi en PROSITE
• UNIPROT Piwi - Dominios Piwi