Paraspeckles

Paraspeckles tai paraspeckles ovat luokka tumakappaleita, jotka sijaitsevat solun  ytimen kromaattisessa tilassa nisäkässoluissa . Ne koostuvat proteiineista ja RNA :sta ja muodostuvat pitkän ei-koodaavan RNA:n, joka tunnetaan nimellä NEAT1 / Men ε / β , ja DBHS - perheen proteiinien ( englannin kielestä Drosophila Behavior Human Splicing ) vuorovaikutuksessa, nimittäin vuorovaikutuksessa. P54NRB / NONO , PSPC1 ja PSF/SFPQ. Paraspecklesillä on tärkeä rooli geeniekspression säätelyssä varmistaen kaksijuosteisia alueita sisältävien ja adenosiini → inosiinin (A → I) muokkauksen alaisena olevien RNA- molekyylien pysymisen ytimessä . Geenien ilmentymistä säätelemällä paraspeckles osallistuvat prosesseihin, kuten solujen erilaistumiseen , stressiin reagoimiseen ja virusinfektioiden kulumiseen [1] . On näyttöä yhteydestä paraspecklen ja syövän sekä hermoston sairauksien välillä [2] .

Opiskeluhistoria

Andersen ja kollegat löysivät parispilkut vuonna 2002 tutkiessaan puhdistettujen ihmisen nukleolien proteomia massaspektrometrialla . Tutkimuksen aikana eristettiin 271 proteiinia, joista 30 % oli aiemmin tuntemattomia. Yksityiskohtaisempi tutkimus yhdestä näistä äskettäin löydetyistä proteiineista osoitti, että se ei kerry ytimiin ollenkaan, vaan sijaitsee diffuusisesti nukleoplasmassa , mutta keskittyy voimakkaasti 5-20 ydinpesään. Kävi ilmi, että nämä pesäkkeet eivät ole päällekkäisiä minkään aiemmin tunnetun ydinkappaleen kanssa, ja niitä kutsuttiin "paraspeckleiksi" niiden sijainnin vuoksi lähellä muita ydinkappaleita - pilkku . Itse proteiini nimettiin PSPC1:ksi ( englanniksi Paraspeckle Protein 1 ) [1] .  

Rakenne

Paraspeckles ovat pieniä, epäsäännöllisen muotoisia kappaleita. Solutyypistä riippuen ytimessä on yleensä 5-20 paraspeckles. Elektroni- ja fluoresenssimikroskopiaa käyttävä tutkimus on osoittanut, että ihmisen paraspeckles ovat noin 360 nm leveitä (hieman pienempiä hiirillä) ja 1-2 µm pitkiä . Paraspeckles on osoitettu luotettavasti vain nisäkässoluilla. Ihmisillä paraspeckles puuttuu alkion kantasoluista ja indusoiduista pluripotenteista kantasoluista . Paraspeckle -proteiinien avainproteiinien ortologeja löytyy muista selkärankaisista ja selkärangattomista , mutta paraspeckle-proteiinien muodostumiseen tarvittavaa pitkää ei-koodaavaa NEAT1 -RNA :ta on läsnä vain nisäkkäissä, mikä ilmeisesti on syynä paraspeckle-proteiinien puuttumiseen muiden organismien ytimistä. . Paraspilkkujen määrä ja pituus ovat verrannollisia pitkän NEAT1- isoformin ilmentymistasoon [3] [2] .

Viimeaikaiset tutkimukset, joissa käytettiin elektronimikroskopiaa ja ultrakorkean resoluution mikroskopiaa , ovat osoittaneet, että paraspeckles ovat sulautuneiden pallomaisten alaosastojen ketjuja, joissa jokaisessa on ydin ja kuori. Pitkän NEAT1- isoformin 5'- ja 3'-päät sijaitsevat kuoressa, kun taas muu osa molekyylistä sijaitsee ytimessä. Erilaisia ​​paraspeckle-proteiineja on myös paikallistettu eri osiin paraspeckle [2] .

Paraspilkut sijaitsevat kromatiinien välisessä tilassa, kerrostettuna suurempien ydinpilkkujen ja kromatiinin välissä . On osoitettu, että RNA-polymeraasi II on inaktiivinen paraspecklen sisällä, ja tämän entsyymin välittämä transkriptio tapahtuu vain paraspecklen reunalla [4] .

Paraspecklen suhdetta tumaan ei vielä täysin ymmärretä, mutta yksi tärkeimmistä paraspeckle-proteiineista, PSPC1, voi liikkua paraspeckle- ja tumakalvon välillä. Lisäksi, kun RNA-polymeraasi II:n työ estyy, paraspeckle-proteiinit lokalisoituvat erityisiin perinukleolaarisiin korkkiin [4] .

Komponentit

Yli 40 erilaista proteiinia [2] ja RNA:ta kerääntyy suuria määriä paraspeckleihin. Useimmat paraspeckle-proteiinit liittyvät RNA-polymeraasi II -välitteiseen transkriptioon ja RNA-käsittelyyn . Toinen kahdesta RNA:sta, joka kerääntyy paraspeckles, on nimeltään Ctn , ja se osallistuu geenin ilmentymisen säätelyyn pitämällä RNA:ta ytimessä. Toista RNA:ta kutsutaan nimellä NEAT1 , ja sillä on arkkitehtoninen rooli, koska se on välttämätön paraspeckle-rakenteen muodostumiselle ja ylläpitämiselle. Paraspecklen pääkomponentit on lueteltu alla olevassa taulukossa [5] .

Oravat

Tärkeimmät paraspeckle-komponentit ovat kolme DBHS-perheen proteiinia: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB ja PSPC1. Ne sijaitsevat nukleoplasmassa ja paraspecklesissä. PSPC1-proteiinia käytetään useimmiten paraspeckle-merkkiaineena, koska sitä kertyy vähäisemmässä määrin nukleoplasmaan. Näissä proteiineissa olevat kaksi N-terminaalista RNA:ta sitovaa motiivia ja C - pään kierretty kierukkamotiivi ovat 50-prosenttisesti identtisiä sekvenssiltään . Näillä proteiineilla on tärkeä rakenteellinen rooli paraspecklesissä: esimerkiksi P54NRB- ja PSF-proteiinien tuhoutuminen HeLa-soluissa johtaa paraspeckle-häviöön. Verrattuna P54NRB:hen ja PSF:ään, PSPC1 ei ole yhtä runsasta ilmentymä, eikä sen kaatuminen johda paraspeckle-häviöön. Nämä kolme proteiinia ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja niitä löytyy todennäköisesti solujen sisältä joko homo- tai heterodimeereinä . Vuorovaikutus toistensa kanssa tapahtuu bispiraalimotiivin kautta. Näiden proteiinien lokalisointi paraspeckles vaatii sekä C-terminaalisesti kierrettyjä motiiveja sisältäviä domeeneja että RNA:ta sitovia -domeeneja. DBHS-perheen jäsenet sitovat yksi- ja kaksijuosteisia DNA- ja RNA-molekyylejä ja ovat mukana monissa RNA- synteesin ja -käsittelyn vaiheissa. Lisäksi PSF ja P54NRB sitovat ja säilyttävät transkripteja ytimen sisällä, jotka ovat käyneet läpi intensiivisen adenosiinin → inosiinin muokkauksen. Ne toimivat myös sytoplasmassa , esimerkiksi PSF ja P54NRB ovat osa RNA:ta kantavia rakeita dendriiteissä , mutta vain P54NRB voidaan kuljettaa aktiivisesti ytimestä sytoplasmaan. Mielenkiintoista on, että P54NRB osallistuu vuorokausirytmien säätelyyn nisäkkäillä [6] .  

Paraspeckle-proteiinit ovat proteiineja, jotka kolokalisoituvat tietyissä tumalokuksissa yhdessä DBHS-perheen proteiinien kanssa, mutta näiden proteiinien yleinen lokalisaatiomalli voi vaihdella merkittävästi. Esimerkiksi CFIM68-proteiinia voidaan havaita paraspeckleissä, mutta sitä esiintyy myös tuman pilkuissa; samaan aikaan RNA-polymeraasi II:ta havaitaan paraspecklien lisäksi kromatiinista ja tuman täplistä. Lopuksi, joitain proteiineja löytyy paraspeckleistä vain yli-ilmentymisolosuhteissa, kuten BCL11A, WTX, WT1(+KTS) ja CoAA [7] .

DBHS-perheen ulkopuoliset paraspeckle-proteiinit ovat yleensä transkriptiotekijöitä tai transkription koregulaattoreita. CoAA toimii transkription koaktivaattorina, joka säätelee steroidihormonireseptorivälitteistä transkriptiota ja vaihtoehtoista silmukointia . WTX on transkription yhteissäätelijä ja kasvainsuppressori; se aktivoi WT1-proteiinin transkription, joka voi myös lokalisoitua paraspecklesissä. SOX9 on transkriptiotekijä, jolla on kriittinen rooli luun muodostumisessa . Se on suoraan vuorovaikutuksessa P54NRB:n kanssa, ja sen yli-ilmentyminen johtaa muutokseen P54NRB:n ja PSPC1:n lokalisaatiossa. BCL11A on transkriptiotekijä, joka on osallisena B-solulymfoomien leukemian kehittymisessä. Katkaisutekijä CFIM68 tarvitaan ensimmäisessä vaiheessa pre-mRNA:n 3'-pään prosessoinnissa [8] .

NONO- ja SFPQ-proteiineja tarvitaan ehdottomasti paraspeckle-muodostukseen. Lisäksi proteiinien, kuten HNRNPK:n, DAZAP1:n, FUS:n, RBM14:n ja HNRNPH3:n, tuhoutuminen johtaa paraspecklen puuttumiseen [ 2] .

RNA

Ennen spesifisten RNA:iden kuvausta, jotka muodostavat paraspeckles, oli useita todisteita siitä, että paraspeckles todella sisältävät RNA:ta proteiinien lisäksi. Ensinnäkin paraspeckles tuhotaan, kun soluja käsitellään RNaasilla . Toiseksi, kaikki tärkeimmät paraspeckle-proteiinit sisältävät RNA:ta sitovia motiiveja, lisäksi kaikki nämä proteiinit ovat jollakin tavalla mukana RNA:n prosessoinnissa. Kolmanneksi tämän proteiinin RNA:ta sitovaa domeenia tarvitaan PSPC1:n lokalisoimiseksi paraspecklesissä. Lopuksi paraspeckles katoavat, kun RNA-polymeraasi II:n välittämä transkriptio tukahdutetaan, ja ilmestyvät uudelleen, kun transkriptio jatkuu. Kaksi RNA:ta tunnetaan, jotka ovat osa paraspeckleä: Ctn ja NEAT1/Men ε/β [9] .

Ctn oli ensimmäinen paraspeckle-RNA, joka löydettiin, ja se kuvattiin vuonna 2005. Se on hiirelle spesifinen transkriptio, jossa on poly(A) häntä , joka luetaan mCAT2- lokuksesta . Ctn sisältää kaikki CAT2 - kuljetusproteiinin eksonit , mutta toisin kuin tämän proteiinin mRNA , Ctn syntetisoidaan eri promoottorista ja sillä on pidempi 3'-transloitumaton alue (3'-UTR). Ctn ei ole vain paraspeckles, vaan myös nukleoplasmassa. Tämän RNA:n 3'-UTR:lle tehdään intensiivinen muokkaus A → I ja editoidaan käänteisiä toistoja, minkä seurauksena RNA-rakenteeseen muodostuu kaksijuosteisia alueita. Paraspeckle-proteiini P54NRB sitoutuu RNA:ssa olevaan inosiiniin, joka sitoutuu myös Ctn :ään in vivo . Todennäköisesti proteiinisitoutumisesta johtuen Ctn-paraspeckle pysyy paraspecklessä sen sijaan, että se viedään sytoplasmaan. Useiden stressisignaalien vaikutuksesta Ctn:n 3'- UTR katkeaa ja tämän RNA:n määrä ytimessä vähenee [10] .

Vuonna 2009 useat tutkijaryhmät löysivät itsenäisesti toisen paraspeckle-RNA:n, NEAT1:n . Tämä pitkä ei-koodaava RNA on välttämätön paraspecklen rakenteellisen eheyden muodostumiselle ja ylläpitämiselle. NEAT1 :stä tunnetaan kaksi muunnelmaa , jotka eroavat pituudeltaan; pitkällä isoformilla [2] on rakenteellinen rooli paraspecklesissä . Mielenkiintoista on, että NEAT1 :n pitkä isoformi pilkkoutuu hyvin lähellä 3'-päätä, mikä johtaa erittäin lyhyeen tRNA :n kaltaiseen RNA-molekyyliin . NEAT1 :n tuhoutuminen johtaa paraspeckle-solujen täydelliseen häviämiseen, ja tämän RNA:n yli-ilmentyminen johtaa paraspeckle-määrän lisääntymiseen joissakin solulinjoissa . Lisäksi NEAT1-geenien lähelle muodostuu paraspeckles . Ilmeisesti, kuten Ctn:n tapauksessa , NEAT1 :n lokalisointi paraspecklesissä liittyy vuorovaikutukseen DBHS-perheen proteiinien kanssa, vaikka NEAT1 ei ole A → I -muokkauksen kohteena. Muutoksia NEAT1 :n määrässä solussa voidaan käyttää arvioida paraspecklen toimintaa. Ihmisen alkion kantasolut, samoin kuin indusoidut pluripotentit kantasolut [2] , eivät ekspressoi NEAT1:tä eikä niissä ole paraspeckles, vaikka DBHS-proteiinien ilmentymisestä on kysymys, mutta paraspeckles ilmestyy erilaistumisen alussa. Lisäksi, kun paraspeckle ilmaantuu, A → I -muokkauksen kohteena olevien mRNA:iden [11] kertyminen ytimeen lisääntyy .

Muodostaminen

Nykyisen mallin mukaan paraspeckle-muodostus alkaa NEAT1- transkriptien muodostumisesta tytärsolujen ytimiin pian solun jakautumisen jälkeen. Pian synteesin jälkeen NEAT1- molekyylit muodostavat komplekseja DBHS-proteiinien kanssa, eikä NEAT1- transkripteillä ole aikaa siirtyä pois paikaltaan. Muodostuneet paraspeckles koostuvat todennäköisesti monista NEAT1-komplekseista DBHS- proteiinien kanssa ja ovat melko dynaamisia: yksittäiset DBHS-proteiinien molekyylit voivat mennä nukleoplasmaan ja takaisin. On todennäköistä, että DBHS-proteiinien kyky oligomeroitua, samoin kuin vuorovaikutukset suoraan NEAT1- RNA-molekyylien välillä, ovat mukana paraspeckles-muodostuksessa . NEAT1: n puuttuessa paraspeckles eivät pysty säilyttämään rakenteellista eheyttään eivätkä muodosta uudelleen [12] . Uusimpien tietojen mukaan  neste-nestefaasierotus on osallisena paraspeckle-muodostuksessa [2] . Vaiheittain erotetut pisarat muodostuvat ASXL1 - polykombiproteiinista , joka lisää entisestään NEAT1:n ilmentymistä ja lisää NONO- NEAT1- vuorovaikutuksia [13]

Toiminnot

Paraspeckleen päätehtävä on säilyttää tumassa mRNA:ita, jotka sisältävät kaksijuosteisia alueita, jotka on muodostettu käyttämällä käänteisiä toistoja ja joille on tehty adenosiini → inosiinimuokkaus. RNA:n pysyminen ytimessä liittyy soluvasteeseen stressiin, virusinfektioihin ja vuorokausirytmien ylläpitoon. Ilmeisesti paraspeckles osallistuu solujen uudelleenohjelmointiin, joka tapahtuu erilaistumisen aikana; ehkä pitämällä RNA:ta tumassa, paraspeckles muuttavat avainproteiinien ilmentymistä. NEAT1:n ja paraspecklen puuttuminen voisi mahdollisesti toimia pluripotenssin merkkinä . Paraspeckle-proteiini CFIM68 voi säädellä RNA:n vapautumista ytimestä leikkaamalla RNA:han [14] .

Paraspeckles voivat selektiivisesti kerätä tiettyjä proteiineja itsessään, mikä johtaa näiden proteiinien pitoisuuden laskuun muualla. Tämä puolestaan ​​voi vaikuttaa useiden geenien ilmentymiseen [2] .

Viimeaikaisten tietojen mukaan paraspeckles voidaan paikantaa suoraan aktiivisesti transkriptoitujen geenien transkription aloituskohtiin. Paraspeckle-proteiinit SFPQ ja NONO osallistuvat miRNA -prosessointiin , ja näiden proteiinien kerääntyminen paraspeckle-proteiiniin edistää tehokasta mikroRNA-prosessointia [2] .

Fysiologinen ja kliininen merkitys

Paraspeckles ja NEAT1 eivät ole ehdottoman välttämättömiä nisäkkäiden kehitykselle normaaleissa olosuhteissa, koska hiiret, joista puuttuu NEAT1 , ovat elinkykyisiä. Joillakin näiden hiirten naarailla on kuitenkin havaittu poikkeavuuksia munasarjojen eritysrauhasten ja keltarauhasen muodostumisessa ja toiminnassa , mikä vähentää hedelmällisyyttä . On mahdollista, että paraspeckles suorittaa evoluution mukaan konservatiivista toimintaa nisäkkään naaraspuolisen lisääntymisjärjestelmän eritysrakenteiden soluissa: esimerkiksi opossumissa on hyvin muodostuneita paraspeckles kohdun rauhasten soluissa. On omituista, että tällaisia ​​vaikutuksia ei havaittu kaikilla tyrmistyneillä naarailla, vaan vain joillakin, mikä voi liittyä paraspeckle-toiminnan tarpeeseen stressaavissa ympäristöolosuhteissa [2] .

NEAT1 :n pitkän isomuodon ilmentymistaso nousee, kun solu on infektoitunut joillakin RNA:ta sisältävillä viruksilla , kuten japanilainen enkefaliittivirus , rabies , HIV , influenssavirus ja Hantaan-virus sekä DNA:ta sisältävä herpes simplex -virus . Useimmissa tapauksissa tämä lisäys on puolustusmekanismi. Paraspeckles-määrän lisääntyminen johtaa siihen, että niihin kerääntyy suuri määrä proteiineja, joita virus ei voi käyttää lisääntymiseensä, sekä useiden geenien ilmentymisen muutoksiin [2] .

Syövän tapauksessa NEAT1 -ilmentymistä voidaan säädellä alaspäin, normaaliin kudokseen verrattuna ylöspäin tai pysyä muuttumattomana. NEAT1 - geenin mutaatiot on yhdistetty maksa - ja rintasyöpien kehittymiseen . On näyttöä siitä, että NEAT1 voi jopa stimuloida etäpesäkkeiden muodostumista [15] . NEAT1- ekspression lisääntyminen ja paraspeckles -määrän lisääntyminen voivat liittyä stressaaviin tiloihin, joissa syöpäsolut sijaitsevat, mutta paraspecklesillä voi olla myös onkogeeninen rooli. Eturauhassyövän tapauksessa paraspeckle- ja NEAT1- ekspression lisääntyminen vastaa taudin aggressiivisempia muotoja. On kuitenkin myös näyttöä siitä, että paraspeckles voivat estää kasvainten kehittymistä [2] .

Paraspecklesillä voi olla erityinen rooli hermoston toiminnassa. Osoitettiin, että epileptisen kohtauksen jälkeen pitkän NEAT1- isoformin ilmentyminen lisääntyi joissakin hiiren aivojen osissa . Paraspeckles voi olla osallisena amyotrofisen lateraaliskleroosin kehittymisessä [2] .

On näyttöä siitä, että NEAT1 voi säädellä tulehdusprosessia laukaisemalla paraspeckle-muodostuksen makrofageissa [16] .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 274.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Fox AH , Nakagawa S. , Hirose T. , Bond CS Paraspeckles: Missä Long Noncoding RNA Meets Phase Separation.  (englanti)  // Biokemian tieteiden suuntaukset. - 2017. - doi : 10.1016/j.tibs.2017.12.001 . — PMID 29289458 .
3. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 275-276.
4. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 276.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 277.
6. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 277-278.
7. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 278-279.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 279.
9. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 279-280.
10. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 280.
11. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 281-284.
12. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 284.
13. ↑ Yamamoto, K., Goyama, S., Asada, S., Fujino, T., Yonezawa, T., Sato, N., ... & Kitamura, T. (2021). Histonimuuntaja, ASXL1, on vuorovaikutuksessa NONO:n kanssa ja osallistuu paraspeckle-muodostukseen hematopoieettisissa soluissa Arkistoitu 26. syyskuuta 2021 Wayback Machinessa . Cell Reports, 36(8), 109576. PMID 34433054 doi : 10.1016/j.celrep.2021.109576
14. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 284-285.
15. ↑ Fu MC , Yuan LQ , Zhang T. , Yan XM , Zhou Y. , Xia HL , Wu Y. , Xu LX , Cao X. , Wang J. Nuclear paraspeckle kokoonpanokopio 1 edistää metastasoitumista ja epiteeli-mesenkymaalista siirtymistä hepatoblastissa soluja inhiboimalla miR-129-5p:tä.  (englanti)  // Onkologiset kirjeet. - 2017. - Vol. 14, ei. 5 . - P. 5773-5778. - doi : 10.3892/ol.2017.6995 . — PMID 29113206 .
16. ↑ Huang-Fu N. , Cheng JS , Wang Y. , Li ZW , Wang SH Neat1 säätelee hapettunutta matalatiheyksisten lipoproteiinien aiheuttamaa tulehdusta ja lipidien ottoa makrofageissa paraspeckle-muodostuksen kautta.  (englanniksi)  // Molecular medicine reports. - 2018. - Vol. 17, ei. 2 . - s. 3092-3098. - doi : 10.3892/mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Kirjallisuus

• Razin S.V., Gavrilov A.A. Toiminnallisten prosessien organisointi soluytimessä: järjestys, joka syntyy häiriöstä  // Moskovan yliopiston tiedote. Ser. 16. Biologia. - 2015. - Nro 3 . - S. 13-20 .
• Ydin / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y .: Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 s. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

solun ydin
Ydinkalvo / Ydinlamina	Ydinhuokoset : Nukleoporiinit ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nucleolus	Perinukleolaarinen osasto ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataksiini 7
Muut	PML-elimet Paraspeckles Cajal -korpuskkeli ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 kela ) SMC-proteiinit Kohesiini ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensiini ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNA-korjaus ( SMC5 SMC6 ) Siirtymävaiheen ydinproteiinit TNP1 TNP2 Kromatiini ydinmatriisi Nukleoplasma Nucleosol