Parapletter

Parapletter , eller parapletter , er en  klasse af nukleare legemer , der er placeret i det interkromatiske rum i cellekernen i pattedyrsceller . De består af proteiner og RNA og dannes ved vekselvirkning af et langt ikke-kodende RNA, kendt som NEAT1 / Men ε / β , og proteiner fra DBHS-familien (fra engelsk. Drosophila Behavior Human Slicing ), nemlig P54NRB / NONO , PSPC1 og PSF/SFPQ. Parapletter spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​genekspression og giver retention i kernen af ​​RNA- molekyler, der indeholder dobbeltstrengede regioner og udsat for adenosin → inosin (A → I) redigering . Ved at regulere genekspression er parapletter involveret i processer som celledifferentiering , respons på stress og forløbet af virusinfektioner [1] . Der er tegn på en sammenhæng mellem paraplet og kræft og sygdomme i nervesystemet [2] .  

Studiehistorie

Parapletter blev opdaget i 2002 af Andersen og kolleger, mens de studerede proteomet af oprensede humane nukleoler ved hjælp af massespektrometri . I løbet af undersøgelsen blev 271 proteiner isoleret, hvoraf 30 % tidligere var ukendte. En mere detaljeret undersøgelse af et af disse nyopdagede proteiner viste, at det slet ikke akkumuleres i nukleolerne, men er diffust placeret i nukleoplasmaet , men stærkt koncentreret i 5-20 nukleare foci. Det viste sig, at disse foci ikke overlapper med nogen af ​​de tidligere kendte nukleare legemer, og de blev kaldt "paraspeckles" på grund af deres placering nær andre nukleare legemer - speckle . Selve proteinet fik navnet PSPC1 (fra engelsk. Paraspeckle Protein 1 ) [1] .  

Struktur

Parapletter er små kroppe med uregelmæssig form. Afhængigt af celletypen er der normalt 5 til 20 parapletter i kernen. En undersøgelse ved hjælp af elektron- og fluorescensmikroskopi har vist, at menneskelige parapletter er omkring 360 nm brede (lidt mindre hos mus) og 1 til 2 µm lange . Eksistensen af ​​parapletter er kun blevet pålideligt vist for pattedyrceller. Hos mennesker er parapletter fraværende i embryonale stamceller og inducerede pluripotente stamceller . Orthologer af centrale paraspikler findes i andre hvirveldyr og hvirvelløse dyr , men det lange ikke-kodende NEAT1 RNA , der er nødvendigt for dannelsen af ​​parapletter, er kun til stede i pattedyr, hvilket tilsyneladende er årsagen til fraværet af parapletter i andre organismers kerner . Antallet og længden af ​​parapletter er proportional med niveauet af ekspression af den lange NEAT1 isoform [3] [2] .

Nylige undersøgelser ved hjælp af elektronmikroskopi og ultrahøjopløsningsmikroskopi har vist, at paraspekler er kæder af sammensmeltede sfæriske underrum, hver med en kerne og skal. 5' og 3' enderne af den lange NEAT1 isoform er lokaliseret i skallen, mens resten af ​​molekylet er placeret i kernen. Forskellige paraspeckle-proteiner er også lokaliseret i forskellige dele af paraspeckle [2] .

Parapletter er placeret i interchromatin rummet, klemt mellem større nukleare pletter og kromatin . Det er blevet påvist, at RNA-polymerase II er inaktiv inde i paraplet, og transkription medieret af dette enzym forekommer kun ved kanten af ​​paraplet [4] .

Paraspektlens forhold til nukleolus er endnu ikke fuldt ud forstået, men et af de vigtigste paraspeckle-proteiner, PSPC1, kan bevæge sig mellem paraspekklen og nukleolus. Når arbejdet med RNA-polymerase II er undertrykt, er paraspeckle-proteiner desuden lokaliseret i specielle perinukleolære hætter [4] .

Komponenter

Over 40 forskellige proteiner [2] og RNA akkumuleres i store mængder i parapletter. De fleste paraspeckle-proteiner er forbundet med RNA-polymerase II-medieret transkription og RNA-behandling . En af de to RNA'er, der akkumuleres i parapletter, kaldes Ctn og er involveret i reguleringen af ​​genekspression ved at holde RNA'et i kernen. Det andet RNA kaldes NEAT1 og spiller en arkitektonisk rolle, da det er nødvendigt for dannelsen og vedligeholdelsen af ​​paraspekklestrukturen. Hovedkomponenterne i en parapkel er angivet i tabellen nedenfor [5] .

Egern

De vigtigste paraspeckle-komponenter er tre proteiner fra DBHS-familien: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB og PSPC1. De er lokaliseret i nukleoplasmaet og parapletterne. PSPC1-proteinet bruges oftest som markør for paraspeckle, da det akkumuleres i mindre grad i nukleoplasmaet. De to N-terminale RNA-bindende motiver og det C-terminale coiled coil motiv i disse proteiner er 50 % identiske i sekvensen .  Disse proteiner spiller en vigtig strukturel rolle i paraplettes: for eksempel knockdown af P54NRB- og PSF-proteiner i HeLa-celler resulterer i paraspeklet-tab. Sammenlignet med P54NRB og PSF er PSPC1 ikke så rigeligt udtrykt, og dets knockdown fører ikke til tab af paraspeklet. Disse tre proteiner interagerer med hinanden og vil sandsynligvis blive fundet inde i celler som enten homo- eller heterodimerer . Interaktion med hinanden udføres gennem et bispiralt motiv. Lokalisering af disse proteiner i parapletter kræver både domæner indeholdende C-terminale coiled motiver og RNA-bindende domæner. Medlemmer af DBHS-familien binder enkelt- og dobbeltstrengede DNA- og RNA-molekyler og er involveret i mange trin i RNA- syntese og -behandling. Derudover binder og bevarer PSF og P54NRB transkripter inde i kernen, der har gennemgået intensiv redigering af adenosin → inosin. De fungerer også i cytoplasmaet , for eksempel er PSF og P54NRB en del af de RNA-bærende granula i dendritter , men kun P54NRB kan aktivt transporteres fra kernen til cytoplasmaet. Interessant nok er P54NRB involveret i reguleringen af ​​døgnrytmer hos pattedyr [6] .

Paraspeckle-proteiner er de proteiner, der kolokaliserer ved visse nukleare loci sammen med proteiner fra DBHS-familien, men det generelle mønster for lokalisering af disse proteiner kan variere betydeligt. For eksempel kan CFIM68-proteinet observeres i parapletter, men det forekommer også i nukleare pletter; samtidig påvises RNA-polymerase II, foruden parapletter, i kromatin og nukleare pletter. Endelig findes nogle proteiner i parapletter kun under overekspressionsforhold, såsom BCL11A, WTX, WT1(+KTS) og CoAA [7] .

Paraspeckle-proteiner uden for DBHS-familien er normalt transkriptionsfaktorer eller transkriptionskoregulatorer. CoAA fungerer som en transkriptionel coactivator, der regulerer steroidhormonreceptormedieret transkription og alternativ splejsning . WTX er en transkriptionel coregulator og tumor suppressor; det coaktiverer transskriptionen af ​​WT1-proteinet, som også kan lokaliseres i parapletter. SOX9 er en transkriptionsfaktor, der spiller en afgørende rolle i knogledannelsen . Det interagerer direkte med P54NRB, og dets overekspression fører til en ændring i lokaliseringen af ​​P54NRB og PSPC1. BCL11A er en transkriptionsfaktor, der har været impliceret i udviklingen af ​​B-celle lymfomer leukæmier. Spaltningsfaktoren CFIM68 er påkrævet til det første trin i behandlingen af ​​3'-enden af ​​præ-mRNA'et [8] .

NONO- og SFPQ-proteinerne er strengt påkrævet til dannelse af paraspikler. Derudover resulterer knockdown af proteiner såsom HNRNPK, DAZAP1, FUS, RBM14 og HNRNPH3 i fravær af paraspekkel [2] .

RNA

Forud for beskrivelsen af ​​de specifikke RNA'er, der udgør paraspeakles, var der en række beviser for, at paraspeckles faktisk indeholder RNA ud over proteiner. For det første ødelægges parapletter, når celler behandles med RNase . For det andet indeholder alle de vigtigste paraspeckle-proteiner RNA-bindende motiver; desuden er alle disse proteiner på en eller anden måde involveret i RNA-behandling. For det tredje er det RNA-bindende domæne af dette protein påkrævet til lokalisering af PSPC1 i parapletter. Endelig forsvinder parapletter, når transkription medieret af RNA-polymerase II undertrykkes og dukker op igen, når transkriptionen genoptages. Der kendes to RNA'er, der er en del af paraplettet: Ctn og NEAT1/Men ε/β [9] .

Ctn var det første paraspeckle RNA, der blev opdaget og blev beskrevet i 2005. Det er et musespecifikt transkript med en poly(A)-hale , der læses fra mCAT2- locuset . Ctn inkluderer alle exoner af CAT2-transporterproteinet; I modsætning til dette proteins mRNA syntetiseres Ctn imidlertid fra en anden promotor og har en længere 3'-utranslateret region (3'-UTR). Ctn er lokaliseret ikke kun i parapletter, men også i nukleoplasmaet. 3'-UTR af dette RNA udsættes for intensiv redigering A → I, og inverterede gentagelser redigeres, på grund af hvilke dobbeltstrengede regioner dannes i RNA-strukturen. Paraspeckle-protein P54NRB binder til inosin i RNA, som også binder til Ctn in vivo . Sandsynligvis på grund af proteinbinding forbliver Ctn-paraplettet i paraplettet i stedet for at blive eksporteret til cytoplasmaet. Under påvirkning af en række stresssignaler skæres 3' -UTR af Ctn , og mængden af ​​dette RNA i kernen falder [10] .

I 2009 opdagede flere grupper af forskere uafhængigt af hinanden et andet paraspeckle-RNA, NEAT1 . Dette lange ikke-kodende RNA er essentielt for dannelsen og vedligeholdelsen af ​​paraspeklens strukturelle integritet. Der kendes to varianter af NEAT1 , der adskiller sig i deres længde; den lange isoform [2] spiller en strukturel rolle i parapletter . Interessant nok gennemgår den lange isoform af NEAT1 spaltning meget tæt på 3'-enden, hvilket resulterer i et meget kort tRNA -lignende RNA-molekyle . Nedbrydning af NEAT1 fører til fuldstændigt tab af paraspeckle, og overekspression af dette RNA fører til en stigning i antallet af paraspeckle i nogle cellelinjer . Derudover dannes parapletter nær NEAT1- generne . Tilsyneladende, som i tilfældet med Ctn , er lokaliseringen af ​​NEAT1 i parapletter forbundet med interaktion med proteiner fra DBHS-familien, selvom NEAT1 ikke er udsat for A → I-redigering Ændringer i mængden af ​​NEAT1 i cellen kan bruges til at bedømme paraspeklens funktion. Humane embryonale stamceller såvel som inducerede pluripotente stamceller [2] udtrykker ikke NEAT1 og har ikke parapletter, på trods af ekspressionen af ​​DBHS-proteiner, men parapletter vises i begyndelsen af ​​differentiering. Derudover stiger ophobningen i kernen af ​​mRNA'er, der er udsat for A → I-redigering [11] , med forekomsten af ​​paraspekkel .

Formation

Ifølge den nuværende model begynder paraspeckle-dannelse med dannelsen af ​​NEAT1- transkripter i dattercellernes kerner kort efter celledeling. Kort efter syntese danner NEAT1- molekyler komplekser med DBHS-proteiner, og NEAT1- transkripter har ikke tid til at bevæge sig væk fra deres locus. De dannede paraspekler består højst sandsynligt af mange NEAT1-komplekser med DBHS- proteiner og er ret dynamiske: individuelle molekyler af DBHS-proteiner kan gå ind i nukleoplasmaet og tilbage. Det er sandsynligt, at DBHS-proteiners evne til at oligomerisere, såvel som interaktioner direkte mellem NEAT1 RNA-molekylerne selv, er involveret i dannelsen af ​​parapletter . I fravær af NEAT1 er parapletter ude af stand til at bevare deres strukturelle integritet og omdannes ikke [12] . Ifølge de seneste data er  væske-væskefaseseparation involveret i dannelsen af ​​paraspekkel [ 2] . De faseseparerede dråber dannes af ASXL1 polycomb - proteinet , som yderligere øger NEAT1-ekspression og forbedrer NONO -NEAT1- interaktioner [13]

Funktioner

Paraspektles hovedfunktion er at tilbageholde i kernen mRNA'er indeholdende dobbeltstrengede regioner dannet ved hjælp af omvendte gentagelser og udsat for adenosin → inosin redigering. Retentionen af ​​RNA i kernen er forbundet med den cellulære respons på stress, virusinfektioner og opretholdelsen af ​​døgnrytmer. Tilsyneladende er parapletter involveret i celleomprogrammering, der opstår under differentiering; måske ved at tilbageholde RNA i kernen, ændrer parapletter ekspressionen af ​​nøgleproteiner. Fraværet af NEAT1 og paraspeckle kunne potentielt tjene som en markør for pluripotens . Paraspeckle-proteinet CFIM68 kan regulere frigivelsen af ​​RNA fra kernen ved at indføre udskæringer i RNA'et [14] .

Parapletter kan selektivt akkumulere visse proteiner i sig selv, hvilket fører til et fald i koncentrationen af ​​disse proteiner andre steder. Dette kan igen påvirke ekspressionen af ​​en række gener [2] .

Ifølge nyere data kan parapletter lokaliseres direkte ved transkriptionsstartsteder for aktivt transskriberede gener. Paraspeckle-proteinerne SFPQ og NONO er ​​involveret i miRNA -behandling , og akkumuleringen af ​​disse proteiner i paraspeckle fremmer effektiv mikroRNA-behandling [2] .

Fysiologisk og klinisk betydning

Paraspektler og NEAT1 er ikke strengt nødvendige for pattedyrs udvikling under normale forhold, da mus, der mangler NEAT1 , er levedygtige. Hos nogle hunner af disse mus er der imidlertid observeret abnormiteter i dannelsen og funktionen af ​​ovariesekretoriske kirtler og corpus luteum , hvilket reducerer fertiliteten . Det er muligt, at parapletter udfører en eller anden evolutionært konservativ funktion i cellerne i de sekretoriske strukturer af det kvindelige pattedyrs reproduktionssystem: for eksempel har opossum velformede parapletter i cellerne i livmoderkirtlerne. Det er besynderligt, at sådanne effekter ikke blev observeret hos alle knockout- hunner, men kun hos nogle, hvilket kan associeres med behovet for paraspekkelfunktion under stressende miljøforhold [2] .

Ekspressionsniveauet af den lange isoform af NEAT1 øges, når en celle er inficeret med nogle RNA-holdige vira , såsom japansk encephalitis -virus , rabies , HIV , influenzavirus og Hantaan-virus , samt DNA-holdigt herpes simplex-virus . I de fleste tilfælde er denne stigning en forsvarsmekanisme. En stigning i antallet af parapletter fører til ophobning i dem af et stort antal proteiner, som virussen ikke kan bruge til sin reproduktion, samt en ændring i ekspressionen af ​​en række gener [2] .

I tilfælde af cancer kan NEAT1 -ekspression nedreguleres, opreguleres sammenlignet med normalt væv eller forblive uændret. Mutationer i NEAT1 -genet er blevet forbundet med udviklingen af ​​lever- og brystkræft . Der er evidens for, at NEAT1 endda kan stimulere dannelsen af ​​metastaser [15] . En stigning i NEAT1- ekspression og en stigning i antallet af parapletter kan være forbundet med stressende tilstande, hvor kræftceller er lokaliseret, dog kan parapletter også have en onkogen rolle. I tilfælde af prostatacancer svarer en stigning i paraspeckle og NEAT1- ekspression til mere aggressive former for sygdommen. Der er dog også tegn på, at parapletter kan undertrykke udviklingen af ​​tumorer [2] .

Parapletter kan spille en særlig rolle i nervesystemets funktion. Det blev vist, at efter et epileptisk anfald steg ekspressionen af ​​den lange NEAT1- isoform i nogle dele af musehjernen . Parapletter kan være involveret i udviklingen af ​​amyotrofisk lateral sklerose [2] .

Der er evidens for, at NEAT1 kan regulere den inflammatoriske proces ved at udløse paraplette-dannelse i makrofager [16] .

Noter

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: Where Long Noncoding RNA Meets Phase Separation.  (engelsk)  // Tendenser i biokemiske videnskaber. - 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). En histonmodifikator, ASXL1, interagerer med NONO og er involveret i dannelse af paraspekkel i hæmatopoietiske celler Arkiveret 26. september 2021 på Wayback Machine . 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. Nuklear paraspeckle assembly transcript 1 fremmer metastasen og epithel-mesenchymal overgangen af ​​hepatel-mesenchymal overgang celler ved at hæmme miR-129-5p.  (engelsk)  // Onkologibreve. - 2017. - Bd. 14, nr. 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 regulerer oxideret low-density lipoprotein-induceret inflammation og lipidoptagelse i makrofager via paraplette-dannelse.  (engelsk)  // Molekylær medicin rapporter. - 2018. - Bd. 17, nr. 2 . - s. 3092-3098. - doi : 10.3892/mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Litteratur

• Razin S.V., Gavrilov A.A. Organisation af funktionelle processer i cellekernen: orden, der opstår fra lidelse  // Bulletin fra Moskva Universitet. Ser. 16. Biologi. - 2015. - Nr. 3 . - S. 13-20 .
• The Nucleus / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y. : Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 s. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

cellekerne
Nuklear membran / Nuklear lamina	Nukleare porer : Nukleoporiner ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nukleolus	Perinukleolært kompartment ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
Andet	PML-kroppe Parapletter Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 coil ) SMC-proteiner Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNA-reparation ( SMC5 SMC6 ) Overgangsnukleare proteiner TNP1 TNP2 Chromatin nuklear matrix Nukleoplasma Nukleosol