بيوي

تم تحديد جينات Piwi (أو PIWI ) كبروتينات تنظيمية مسؤولة عن تمايز الخلايا الجذعية والخلايا الجنسية . ^{[ 4 ]} Piwi هو اختصار لـ P -element Induced WImpy testis ^{[ a ]} في ذبابة الفاكهة . ^{[ 6 ]} بروتينات Piwi هي بروتينات محفوظة للغاية ترتبط بالحمض النووي الريبوزي (RNA) وتوجد في كل من النباتات والحيوانات. ^{[ 7 ]} تنتمي بروتينات Piwi إلى عائلة Argonaute /Piwi، وقد صُنفت كبروتينات نووية. أشارت الدراسات التي أُجريت على ذبابة الفاكهة أيضًا إلى أن بروتينات Piwi لا تمتلك نشاطًا قاطعًا يُعزى إلى وجود نطاق Piwi. ^{[ 8 ]} بالإضافة إلى ذلك، يرتبط Piwi ببروتين الهيتروكروماتين 1 ، وهو مُعدِّل فوق جيني، وتسلسلات مُكمِّلة لـ piRNA. هذه مؤشرات على الدور الذي يلعبه Piwi في التنظيم فوق الجيني. يُعتقد أيضًا أن بروتينات Piwi تتحكم في التكوين الحيوي لـ piRNA حيث أن العديد من البروتينات الشبيهة بـ Piwi تحتوي على نشاط تقطيع يسمح لبروتينات Piwi بمعالجة piRNA السلف إلى piRNA ناضج.

تم تحديد بنية العديد من بروتينات Piwi و Argonaute (Ago). بروتينات Piwi هي بروتينات رابطة للحمض النووي الريبوزي (RNA) تتكون من نطاقين أو ثلاثة نطاقات : يرتبط نطاق PAZ الطرفي N بالنهاية 3' للحمض النووي الريبوزي الدليل؛ ويرتبط نطاق MID الأوسط بمجموعة الفوسفات 5' للحمض النووي الريبوزي؛ ويعمل نطاق PIWI الطرفي C كإنزيم نوكلياز داخلي RNase H قادر على قطع الحمض النووي الريبوزي. ^{[ 9 ] [ 10 ]} تُعد جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNAs) هي شركاء بروتينات Ago من الحمض النووي الريبوزي الصغير . تستخدم بروتينات Ago جزيئات miRNAs لكبت الجينات بعد النسخ، أو تستخدم جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة (siRNAs) في آليات كبت الجينات أثناء النسخ وبعده. تتفاعل بروتينات Piwi مع جزيئات piRNAs (28-33 نيوكليوتيدًا) الأطول من جزيئات miRNAs و siRNAs (حوالي 20 نيوكليوتيدًا)، مما يشير إلى أن وظائفها تختلف عن وظائف بروتينات Ago. ^{[ 9 ]}

يوجد حاليًا أربعة بروتينات بشرية معروفة تُسمى بروتين Piwi، وهي: بروتين PIWI-like 1، وبروتين PIWI-like 2، وبروتين PIWI-like 3، وبروتين PIWI-like 4. تحتوي جميع بروتينات Piwi البشرية على نطاقين لربط الحمض النووي الريبوزي (RNA)، هما PAZ وPiwi. تتميز بروتينات PIWI-like الأربعة بموقع ربط واسع ضمن نطاق PAZ، مما يسمح لها بالارتباط بمجموعة 2'-OCH3 الضخمة الموجودة في الطرف 3' من الحمض النووي الريبوزي (RNA) المتفاعل مع بروتين Piwi . ^{[ 11 ]}

أحد النظائر البشرية الرئيسية ، والذي يُعتقد أن زيادة التعبير عنه متورطة في تكوين أورام مثل الأورام المنوية ، يُطلق عليه اسم hiwi ( اختصارًا لـ h human p iwi ). ^{[ 12 ]}

وقد أطلق على البروتينات المتماثلة في الفئران اسم miwi (اختصارًا لـ mouse piwi ) . ^{[ 13 ]}

تؤدي بروتينات PIWI دورًا حاسمًا في الخصوبة ونمو الخلايا الجنسية لدى الحيوانات والهدبيات. وقد تم مؤخرًا تحديدها كمكون من مكونات الحبيبات القطبية، ويبدو أن بروتينات PIWI تتحكم في تكوين الخلايا الجنسية بشكل كبير، لدرجة أنه في غيابها يحدث انخفاض ملحوظ في تكوين هذه الخلايا. وقد لوحظت نتائج مماثلة مع نظائر PIWI في الفئران، وهي MILI وMIWI وMIWI2. ومن المعروف أن هذه النظائر موجودة في عملية تكوين الحيوانات المنوية. يُعبر عن بروتين Miwi في مراحل مختلفة من تكوين الخلايا المنوية الأولية واستطالة الخلايا المنوية، بينما يُعبر عن بروتين Miwi2 في خلايا سيرتولي . وقد عانت الفئران التي تفتقر إما إلى بروتين Mili أو Miwi-2 من توقف نمو الخلايا الجذعية المنوية، بينما عانت الفئران التي تفتقر إلى بروتين Miwi-2 من تدهور في الخلايا المنوية الأولية. ^{[ 14 ]} ويبدو أن تأثيرات بروتينات PIWI في الخلايا الجنسية لدى الإنسان والفأر تنبع من مشاركتها في تنظيم الترجمة، حيث من المعروف أن بروتين PIWI والحمض النووي الريبوزي الصغير غير المشفر، المعروف باسم الحمض النووي الريبوزي المتفاعل مع PIWI (piRNA)، يتشاركان في تجزئة عديدات الريبوسومات. يحفز مسار piwi-piRNA أيضًا تكوين الكروماتين المغاير في السنتروميرات ، ^{[ 15 ]} مما يؤثر على عملية النسخ. ويبدو أن هذا المسار يحمي الجينوم أيضًا. وقد لوحظ لأول مرة في ذبابة الفاكهة، حيث أدت مسارات piwi-piRNA الطافرة إلى زيادة مباشرة في انقطاعات الحمض النووي المزدوج في الخلايا الجرثومية المبيضية. وقد يكون دور مسار piwi-piRNA في إسكات العناصر المتحركة مسؤولاً عن انخفاض انقطاعات الحمض النووي المزدوج في الخلايا الجرثومية.

يُعد نطاق بيوي [ ^{16 ] نطاقًا} بروتينيًا موجودًا في بروتينات بيوي وعدد كبير من البروتينات المرتبطة بالأحماض النووية ، وخاصة تلك التي ترتبط بالحمض النووي الريبي (RNA) وتقطعه . وتتمثل وظيفة هذا النطاق في التحلل المائي للحمض النووي الريبي أحادي السلسلة، الموجه بواسطة الحمض النووي الريبي ثنائي السلسلة، وقد تم تحديد هذه الوظيفة في عائلة بروتينات أرجونوت ^{[ 1 ]} . تُعد بروتينات أرجونوت، وهي أكثر عائلات البروتينات المرتبطة بالأحماض النووية دراسةً، إنزيمات شبيهة بـ RNase H ، وتؤدي الوظائف التحفيزية لمركب إسكات الحمض النووي الريبي المُحفز (RISC). في عملية التداخل الريبي الخلوية المعروفة ، يستطيع بروتين أرجونوت في مركب RISC الارتباط بكل من الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير (siRNA) المُنتج من الحمض النووي الريبي ثنائي السلسلة الخارجي ، والحمض النووي الريبي الميكروي (miRNA) المُنتج من الحمض النووي الريبي غير المشفر الداخلي ، وكلاهما يُنتج بواسطة إنزيم الريبونيوكلياز دايسر ، لتكوين مركب RNA-RISC. يرتبط هذا المركب بالحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ذي القواعد المزدوجة المتكاملة ويقطعه ، مما يؤدي إلى تدميره ومنع ترجمته إلى بروتين. تحتوي نطاقات بروتين بيوي المتبلورة على موقع ارتباط قاعدي محفوظ للطرف 5' من الحمض النووي الريبوزي المرتبط؛ وفي حالة بروتينات الأرجونوت التي ترتبط بخيوط الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA)، يتم تثبيت آخر قاعدة نيوكليوتيدية غير مزدوجة في الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير أيضًا عن طريق تكديس القواعد - تفاعلات بين القاعدة وبقايا التيروسين المجاورة . ^{[ 17 ]}

تشير الأدلة الحديثة إلى أن الدور الوظيفي لبروتينات بيوي في تحديد الخلايا الجنسية يعود إلى قدرتها على التفاعل مع الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA). ويبدو أن مكونات مسار الحمض النووي الريبوزي الميكروي موجودة في بلازما القطب، وتلعب دورًا رئيسيًا في التطور المبكر وتكوين الشكل في أجنة ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوجاستر) ، حيث دُرست عملية الحفاظ على الخلايا الجنسية على نطاق واسع. ^{[ 18 ]}

تم تحديد فئة جديدة من جزيئات miRNA الأطول من المتوسط، تُعرف باسم جزيئات RNA المتفاعلة مع بروتين Piwi (piRNAs)، في خلايا الثدييات ، ويبلغ طولها حوالي 26-31 نيوكليوتيدًا مقارنةً بجزيئات miRNA أو siRNA الأكثر شيوعًا التي يبلغ طولها حوالي 21 نيوكليوتيدًا. تُعبر هذه الجزيئات بشكل رئيسي في الخلايا المنوية في خصيتي الثدييات. ^{[ 19 ]} لكن الدراسات أشارت إلى إمكانية وجود تعبير عن piRNA في الخلايا الجسدية المبيضية والخلايا العصبية في اللافقاريات، بالإضافة إلى العديد من الخلايا الجسدية الأخرى في الثدييات. تم تحديد piRNAs في جينومات الفئران والجرذان والبشر ، مع تنظيم جينومي "متكتل" غير عادي ^{[ 20 ]} قد ينشأ من مناطق متكررة في الجينوم مثل العناصر المتحركة الرجعية أو المناطق المنظمة عادةً في الكروماتين المغاير ، والتي تُشتق عادةً حصريًا من السلسلة المضادة للحمض النووي الريبي ثنائي السلسلة. ^{[ 21 ]} وبناءً على ذلك، تم تصنيف piRNAs على أنها جزيئات RNA صغيرة متداخلة مرتبطة بالتكرار ( rasiRNAs ). ^{[ 22 ]}

على الرغم من أن عملية تكوينها الحيوي لم تُفهم جيدًا بعد، يُعتقد أن جزيئات piRNA وبروتينات Piwi تُشكل نظامًا داخليًا لكبح التعبير عن العناصر الوراثية الأنانية مثل العناصر المتنقلة الرجعية، وبالتالي منع منتجات الجينات لهذه التسلسلات من التدخل في تكوين الخلايا الجنسية. ^{[ 21 ] [ 23 ]}

• SCOP 110640 – مجال Piwi في SCOP
• PDOC50822 – نطاق Piwi في PROSITE
• UNIPROT Piwi - نطاقات Piwi