Y-RNA'er er små ikke-kodende RNA'er , der er en del af ribonukleoproteiner indeholdende Ro60 [1] og La proteiner , som er målet for autoantistoffer hos patienter, der lider af systemisk lupus erythematosus [2] og Sjögrens syndrom [3] . De er også essentielle for DNA-replikation , da de interagerer med kromatin og initiatorproteiner [4] [5] .
Y-RNA'er blev først beskrevet i 1981. De er blevet identificeret i cytoplasmaet af pattedyrceller ( menneske , mus og abe ), hvorfor de kaldes Y-RNA fra c y toplasmatisk i modsætning til nuklear RNA (U-RNA fra n u clear) [3] .
Y-RNA blev fundet i alle undersøgte hvirveldyr , og hver art har fra et til fire Y-RNA- gener , hvilket indikerer duplikationer og deletioner af disse gener under udviklingen af hvirveldyr. Der er fire typer Y-RNA hos mennesker: hY1, hY3, hY4 og hY5. Tidligere har de også inkluderet hY2, men senere viste det sig, at dette ikke er en separat type Y-RNA, men et produkt af ødelæggelsen af hY1 RNA . Alle 4 Y-RNA-gener hos mennesker danner en enkelt klynge på det 7. kromosom på 7q36- locuset ; hos andre hvirveldyr er de også grupperet i en klynge. Y3 synes at være den ældste blandt hvirveldyr Y-RNA'er [6] . Hvert Y-RNA-gen transskriberes af RNA-polymerase III fra dets egen promotor . Det er blevet vist, at små ikke-kodende nematode RNA'er , kendt som sbRNA ( stamme-bulge ) er homologe i struktur og funktion til hvirveldyr Y-RNA. Samtidig har nematoden Caenorhabditis elegans også ét ordentligt Y-RNA, CeY-RNA [7] [8] . Små ikke-kodende RNA'er, der ligner hvirveldyr Y-RNA'er eller nematode sbRNA'er, er blevet fundet i mange andre eukaryoter , såsom protisten Chlamydomonas reinhardtii [6] , insekterne Anopheles gambiae og Bombyx mori og lancetten Branchiostoma floridae . Lignende RNA'er findes også i prokaryoter , herunder Deinococcus radiodurans , Salmonella enterica serovar Typhimurium, Mycobacterium smegmatis og andre. Disse bakterielle RNA'er adskiller sig dog stadig væsentligt fra hvirveldyr Y-RNA'er og er ikke homologe med dem [3] .
Y-RNA-molekyler består af 80-120 nukleotider og har en karakteristisk sekundær hårnålestruktur . 5'- og 3'-enderne af hvert Y-RNA- molekyle hybridiserer til dannelse af to dobbeltstrengede stamregioner adskilt af en lille indre løkke. Den længste sløjfe er ved hY1, den korteste er ved hY5. Nukleotidsekvenserne af de nedre og øvre stilke er meget konserverede , mens sekvenserne af den indre løkke varierer meget blandt forskellige Y-RNA'er. Den nederste stilk bærer en konservativt fremspringende cytosinrest , som er en nøglerest involveret i binding til Ro60-proteinet [6] . Det er løkken, der interagerer med en række forskellige proteiner, herunder nukleolin , PTB og ZBP1 . Det er blevet vist, at stabiliteten og bearbejdningen af 3'-enderne af Y-RNA afhænger af exoribonukleasen PARN [9] . Alle fire humane Y-RNA'er interagerer med den antivirale cytidindeaminase APOBEC3G , som også er en del af ribonukleoproteiner indeholdende Ro60 og La. Måske redigerer APOBEC3G Y-RNA. Sløjfedomænet er også involveret i interaktionen af Y-RNA med nukleare kromatindomæner. hY5 interagerer med et specifikt sæt af proteiner, hvilket indikerer, at dets funktioner er forskellige fra andre Y-RNA'er - for eksempel interagerer det med det ribosomale protein L5 og IFIT5. Derudover interagerer hY5 med 5S rRNA , overvejende udfoldet [3] .
Indledningsvis blev Y-RNA'er beskrevet som ikke-kodende RNA'er, der binder til Ro60-proteinet, som er et antigen , der genkendes af antistoffer fra blodet hos patienter med systemisk lupus erythematosus og Sjögrens syndrom . Ro60 er konserveret i hvirveldyr; dets homologer er blevet identificeret i de fleste Metazoa , såvel som i 5% af bakterielle genomer (blandt dem genomerne af D. radiodurans og Salmonella ). I alle disse organismer binder Ro60-homologer til Y-RNA eller lignende RNA for at danne ribonukleoproteiner. Hos hvirveldyr interagerer Ro60 med det nedre stamdomæne af Y-RNA. La-proteinet binder sig til en del af ribonukleoproteiner, der består af Ro60 og Y-RNA (RoRNP). Det er nødvendigt for korrekt terminering af RNA-polymerase III-medieret transkription og binder til den 3'-terminale polyuridin hale af nysyntetiserede RNA'er i kernen. De fleste RNA'er mister efterfølgende deres polyuridinhale, men Y-RNA'er bevarer den og fortsætter med at interagere med La. Det er involveret i akkumuleringen af Y-RNA i kernen og beskytter dem mod ødelæggelse af exonukleaser [3] .
RoRNP'er er involveret i kvalitetskontrollen af ikke-kodende RNA'er, regulerer RNA-stabilitet og er hos nogle arter involveret i det cellulære respons på stress. Hos mange arter, herunder frøen Xenopus laevis , nematoden C. elegans og husmusen , binder Ro60 sig til defekte ikke-kodende RNA'er såsom forkert foldet 5S rRNA og U2 lille nuklear RNA . Nematoder, der mangler Ro60-homologen, er levedygtige, men deres dannelse af en speciel larve designet til at tåle ugunstige forhold forstyrres. Under påvirkning af UV-stråling akkumuleres RoRNP i muse- og D. radiodurans -celler, og i fravær af Ro60 falder deres modstand mod UV-stråling. I D. radiodurans er Ro60- ortologen involveret i modningen af varmestress- inducerede rRNA'er og sult -induceret rRNA-nedbrydning. Bindingen af Ro60 til fejlfoldede ikke-kodende RNA'er er ikke-sekvensspecifik, og det ser ud til, at dette protein kan binde til en lang række RNA'er. Af denne grund kan RoRNP'er betragtes som intracellulære stresssensorer. I fravær af Ro60 faldt niveauet af Y-RNA i både eukaryote og prokaryote celler, hvilket sandsynligvis indebærer, at Ro60 stabiliserer det Y-RNA, som det interagerer med [3] .
Y-RNA er involveret i initieringen af kromosomal DNA- replikation , nemlig i dannelsen af nye replikationsgafler. De er dog ikke nødvendige for forlængelse og replikation og selve processen med DNA-duplikation som sådan. Y-RNA'er er involveret i initieringen af DNA-replikation ikke af sig selv, men ved hjælp af proteiner. For at deltage i initieringen af DNA-replikation kræves den øvre stamme af Y-RNA, men ikke bindingsstederne for Ro60- og La-proteinerne, og ikke disse proteiner i sig selv. Faktisk eksisterer omkring halvdelen af Y-RNA'et i humane celler uden for komplekser med Ro60- og La-proteiner. Afbrydelse af Y-RNA ved RNA-interferens blokerer DNA-replikation og proliferation af pattedyrsceller. I dette tilfælde vender den normale fænotype tilbage, når et kort dobbeltstrenget RNA svarende til den øvre stamme af hY1-RNA'et indføres i sådanne celler. Y-RNA-inaktivering af morpholin-oligonukleotider i X. laevis og Danio rerio fiskeembryoner fører til udviklingsstop og død i tidlige stadier af embryogenese . I modsætning hertil overudtrykker humane tumorer Y-RNA sammenlignet med normalt væv . Y-RNA-sekvenserne i den øvre stamme af organismer som C. elegans , B. floridae og D. radiodurans er meget forskellige fra hvirveldyrs sekvenser, og disse Y-RNA'er kan ikke funktionelt erstatte Y-RNA'er i humane celler [3] .
Den specifikke mekanisme, hvorved Y-RNA er involveret i initieringen af DNA-replikation, er ukendt. Y-RNA er imidlertid kendt for at interagere med adskillige proteiner involveret i initieringen af DNA-replikation, herunder ORC-replikationsstart ] -genkendelseskomplekset , såvel som en , Cdt1 og DUE-B, men interagerer ikke med replikationsgaffelproteiner. Ved at bruge fluorescensmærkede Y-RNA'er var det muligt at vise, at hos mennesker interagerer Y-RNA'er dynamisk med ikke-replikeret kromatin i G1-fasen af cellecyklussen , og kolokaliserer med flere DNA-replikationsinitieringsproteiner. Når først replikation er begyndt, fortrænges Y-RNA'er fra replikationsorigin og detekteres ikke på steder med aktiv DNA- syntese [3] .
I eukaryoter begynder Y-RNA- biogenese i kernen, men senere kan Y-RNA'er komme ind i cytoplasmaet, ligesom andre RNA-polymerase III-transkripter (tRNA'er og præ-miRNA'er), eller forblive i kernen, som små nukleare RNA'er . Eksperimentelle data om den relative fordeling af Y-RNA mellem kerne og cytoplasma er modstridende, muligvis på grund af de anvendte metoder. Indledende eksperimenter med cellefraktionering viste, at i pattedyrceller i kultur og X. laevis-oocytter er Y-RNA'er overvejende eller endda udelukkende lokaliseret i cytoplasmaet. Yderligere blev det vist, at hY1, hY3 og hY4 (og tilsvarende musehomologer) er lokaliseret i cytoplasmaet, mens hY5 akkumuleres i kernen. In situ hybridisering [ og elektronmikroskopi har imidlertid vist, at Y-RNA'er danner adskilte klynger i både kernen og cytoplasmaet i dyrkede humane celler. I prolifererende humane celler findes hY1, hY3 og hY5 også ved kanten af nukleolus (i det perinukleolære kompartment ). Anvendelsen af fluorescensmærkede Y-RNA'er viste, at alle fire humane Y-RNA'er binder dynamisk til kromatin under G1-til- S-faseovergangen . Samtidig er hY1, hY3 og hY4 lokaliseret sammen og associeret hovedsageligt med euchromatin i de tidlige stadier af replikation, mens hY5 akkumuleres i nucleolus. På grund af det faktum, at hY5 interagerer med 5S rRNA og er lokaliseret i nucleolus, kan det antages, at det er involveret i ribosombiogenese . Det er således højst sandsynligt, at Y-RNA'er er til stede både i kernen og i cytoplasmaet af eukaryote celler, og deres relative overvægt i et af rummene er forbundet med eksperimentets metodologi [3] .
Eksporten af Y-RNA fra kernen sker med deltagelse af GTPase Ran , derfor fungerer eksportiner højst sandsynligt som transportreceptorer for Y -RNA . Y-RNA's nedre stilk minder meget i struktur om andre exportin-5 RNA-substrater, og exportin-5 har vist sig at binde til hY1 og Ran/GTP-komplekset. Sletning af den nedre hY1-stamme forårsager forstyrrelser i dens eksport fra kernen. Mekanismen for returnering af Y-RNA til kernen er ukendt [3] .
Det er blevet foreslået, at i pattedyrsceller regulerer Y-RNA den intracellulære lokalisering af Ro60. Dette protein findes i både kernen og cytoplasmaet, og det har vist sig, at Y-RNA kan påvirke dets lokalisering. I museceller forårsager binding af Y-RNA til Ro60 dets nukleare lokaliseringssignal til at blive skjult dybt i komplekset, hvilket får RoRNP til at forblive i cytoplasmaet [3] .
Den intracellulære lokalisering af Y-RNA ændres under stressforhold. Hos nogle arter, efter oxidativ stress eller udsættelse for UV-stråling, akkumuleres både Ro60 og Y-RNA i kernen, i overensstemmelse med den foreslåede rolle af RoRNP i den cellulære respons på stress. Det er også muligt, at Ran GTPase-aktivitet forstyrres under stressforhold, hvilket fører til akkumulering af komplekser i kernen [3] .
Hos pattedyr kan Y-RNA'er selektivt pakkes ind i virale partikler. En lignende effekt er blevet vist for HIV - 1 og Moloney murine leukæmivirus. Ro60 er ikke nødvendig til pakning i virioner , og dette sker sandsynligvis i de tidlige stadier af Y-RNA-biogenese, når det endnu ikke har haft tid til at forlade kernen. Y-RNA's rolle i viral infektion er ukendt [3] .
Ved anvendelse af Northern blotting blev Y-RNA-ekspression analyseret i forskellige væv fra voksne mus. Det basale niveau af ekspression af mY1 og mY3 blev observeret i alle væv. De højeste niveauer af Y-RNA blev observeret i hjernen, lungerne, hjertet, maven, nyrerne, æggestokkene, fedt- og muskelvæv , og de laveste - i leveren, tarmene, milten, huden og blodet. Samtidig svarede Y-RNA-ekspressionsmønsteret til det for Ro60 [6] .
Sekventering af totalt RNA isoleret fra eukaryote celler viste, at celler i apoptotisk tilstand akkumulerer mange små RNA'er, som er Y-RNA-fragmenter. Imidlertid binder disse små RNA'er til Ro60 og La, og derfor er bindingsstederne til disse proteiner i den nedre stilk beskyttet mod ødelæggelse. Sandsynligvis er hovedmålet for ødelæggelse under apoptose den øvre stilk, som er involveret i initieringen af DNA-replikation. Y-RNA-derivater findes også i prolifererende celler, både cancerøse og ikke-cancerøse, i hjernen, nethinden og andre sunde væv hos pattedyr, såvel som i en række forskellige tumorer. Nogle af dem blev oprindeligt fejlagtigt identificeret som en ny type miRNA som følge af behandlingen af fuldlængde Y-RNA'er. Senere blev det dog vist, at små RNA'er dannes ud fra Y-RNA'er på en anden måde end miRNA'er. Y-RNA-derivater, i modsætning til miRNA'er, er desuden ikke involveret i gendæmpning . Det har vist sig, at et stort antal Y-RNA-derivater cirkulerer i blodet hos mennesker og andre dyr, både i sammensætningen af vesikler og i form af frie ribonukleoproteiner. Niveauet af RNA'er dannet fra 3'- og 5'-enderne af Y-RNA såvel som fra 5'-enden af tRNA er signifikant højere i blodet hos patienter, der lider af brystkræft sammenlignet med raske mennesker, så disse RNA'er kan evt. være af diagnostisk værdi.som cancerbiomarkører . Y-RNA'er og Y-RNA-derivater i fuld længde er blevet identificeret i vesikler produceret af museimmunceller , og Y-RNA-derivater udgør en betydelig del af RNA-komponenten af exosomer i menneskelig sæd . Et Y-RNA-fragment kendt som EV-YF1 i exosomer kan sandsynligvis bruges til at minimere de negative virkninger på hjertet og nyrerne forårsaget af angiotensin II -infusioner [11] . Et fragment af Y-RNA kendt som 5'-YsRNA kan muligvis tjene som en biomarkør for Sjögrens syndrom [12] . Funktionerne af Y-RNA-derivater er ukendte, men de kan være involveret i signaltransmission mellem celler [3] .
Y-RNA'er er bedst undersøgt i bakterien Deinococcus radiodurans . I denne bakterie er næsten alle Y-RNA's funktioner relateret på den ene eller anden måde til Ro60-homologen kendt som Rsr. For eksempel medierer Y-RNA Rsr-interaktion med exoribonuklease- polynukleotid-phosphorylase . Y-RNA og Rsr medierer det cellulære respons på UV-eksponering. I Salmonella enterica serovar Typhimurium interagerer Y-RNA'er også tæt med Rsr. Søgningen efter Salmonella Y-RNA-homologer viste, at Y-RNA'er er meget udbredt blandt bakterier og også kodes af genomerne fra nogle bakteriofager . Nogle bakterielle Y-RNA'er viser endda strukturel lighed med tRNA'er. Den udbredte fordeling af Y-RNA blandt ubeslægtede bakterier tyder på, at i de fleste arter blev Y-RNA-gener erhvervet ved hjælp af horisontal genoverførsel [13] .
Overekspression af Y-RNA er karakteristisk for nogle humane tumorer og er nødvendig for celleproliferation [14] . Derudover kan små mikroRNA-store fragmenter dannet under nedbrydningen af Y-RNA spille en rolle i udviklingen af autoimmune sygdomme og nogle andre patologiske tilstande [15] .
| Typer af RNA | |
|---|---|
| Protein biosyntese | |
| RNA-behandling |
|
| Regulering af genekspression |
|
| cis-regulerende elementer | |
| Parasitiske elementer | |
| Andet |
|
| Nukleinsyretyper _ | ||||
|---|---|---|---|---|
| Nitrogenholdige baser | ||||
| Nukleosider | ||||
| Nukleotider | ||||
| RNA | ||||
| DNA | ||||
| Analoger | ||||
| Vektortyper _ |
| |||
| ||||