Paraspeckles

Paraspeckles , sau paraspeckles , sunt o  clasă de corpuri nucleare situate în spațiul intercromatic al nucleului celular din celulele mamiferelor . Acestea constau din proteine ​​și ARN și sunt formate prin interacțiunea unui ARN lung necodant , cunoscut sub numele de NEAT1 / Men ε / β , și proteine ​​din familia DBHS (din engleză. Drosophila Behavior Human Splicing ), și anume P54NRB / NONO , PSPC1 și PSF/SFPQ. Paraspeckles joacă un rol important în reglarea expresiei genelor , asigurând reținerea în nucleu a moleculelor de ARN care conțin regiuni dublu catenare și supuse editării adenozinei → inozinei (A → I) . Prin reglarea expresiei genelor , paraspeckles sunt implicate în procese precum diferențierea celulelor , răspunsul la stres și cursul infecțiilor virale [1] . Există dovezi ale unei legături între paraspeckle și cancer și boli ale sistemului nervos [2] .  

Istoria studiului

Paraspeckles au fost descoperite în 2002 de Andersen și colegii săi în timp ce studiau proteomul nucleolilor umani purificați folosind spectrometria de masă . În timpul studiului, au fost izolate 271 de proteine, dintre care 30% erau necunoscute anterior. Un studiu mai detaliat al uneia dintre aceste proteine ​​nou descoperite a arătat că nu se acumulează deloc în nucleoli, ci este localizată difuz în nucleoplasmă , dar puternic concentrată în 5-20 focare nucleare. S-a dovedit că aceste focare nu se suprapun cu niciunul dintre corpurile nucleare cunoscute anterior și au fost numite "paraspeckles" din cauza locației lor în apropierea altor corpuri nucleare - speckle . Proteina în sine a fost numită PSPC1 (din engleză. Paraspeckle Protein 1 ) [1] .  

Structura

Paraspeckles sunt corpuri mici de formă neregulată. În funcție de tipul de celulă, există de obicei 5 până la 20 de paraspeckles în nucleu. Un studiu care utilizează microscopia electronică și fluorescentă a arătat că paraspecklele umane au o lățime de aproximativ 360 nm (puțin mai mici la șoareci) și lungimea de 1 până la 2 µm . Existența paraspeckles a fost demonstrată în mod fiabil doar pentru celulele de mamifere. La om, paraspeckles sunt absente în celulele stem embrionare și în celulele stem pluripotente induse . Ortologi ai proteinelor cheie paraspeckle se găsesc la alte vertebrate și nevertebrate , cu toate acestea, ARN-ul NEAT1 lung necodificare necesar pentru formarea paraspecklelor este prezent numai la mamifere, ceea ce aparent este motivul absenței paraspecklelor în nucleele altor organisme. . Numărul și lungimea paraspeckles-urilor sunt proporționale cu nivelul de expresie al izoformei lungi NEAT1 [3] [2] .

Studii recente care utilizează microscopia electronică și microscopia cu rezoluție ultra-înaltă au arătat că paraspeckles sunt lanțuri de subcompartimente sferice topite, fiecare cu un miez și o înveliș. Capetele 5’ și 3’ ale izoformei lungi NEAT1 sunt localizate în înveliș, în timp ce restul moleculei este situat în miez. Diferite proteine ​​paraspeckle sunt, de asemenea, localizate în diferite părți ale paraspeckle [2] .

Paraspeckles sunt situate în spațiul intercromatin, cuprinse între pete nucleare mai mari și cromatină . S-a demonstrat că ARN polimeraza II este inactivă în interiorul paraspeckle, iar transcripția mediată de această enzimă are loc doar la marginea paraspeckle [4] .

Relația dintre paraspeckle și nucleol nu este încă pe deplin înțeleasă, dar una dintre proteinele cheie paraspeckle, PSPC1, se poate deplasa între paraspeckle și nucleol. În plus, atunci când activitatea ARN polimerazei II este suprimată, proteinele paraspeckle sunt localizate în capace perinucleolare speciale [4] .

Componente

Peste 40 de proteine ​​diferite [2] și ARN se acumulează în cantități mari în paraspeckles. Majoritatea proteinelor paraspeckle sunt asociate cu transcripția mediată de ARN polimeraza II și procesarea ARN . Unul dintre cei doi ARN care se acumulează în paraspeckles se numește Ctn și este implicat în reglarea expresiei genelor prin păstrarea ARN-ului în nucleu. Al doilea ARN se numește NEAT1 și joacă un rol arhitectural, fiind necesar pentru formarea și menținerea structurii paraspeckle. Principalele componente ale unui paraspeckle sunt enumerate în tabelul de mai jos [5] .

Veverițe

Cele mai importante componente paraspeckle sunt trei proteine ​​din familia DBHS: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB și PSPC1. Ele sunt localizate în nucleoplasmă și paraspeckles. Proteina PSPC1 este folosită cel mai adesea ca marker pentru paraspeckle, deoarece se acumulează într-o măsură mai mică în nucleoplasmă. Cele două motive de legare a ARN-ului N-terminal și motivul bobinei spiralate C -terminal din aceste proteine ​​sunt 50% identice în secvență . Aceste proteine ​​joacă un rol structural important în paraspeckle: de exemplu, distrugerea proteinelor P54NRB și PSF în celulele HeLa duce la pierderea paraspeckle. În comparație cu P54NRB și PSF, PSPC1 nu este la fel de abundent exprimat și distrugerea sa nu duce la pierderea paraspeckle. Aceste trei proteine ​​interacționează între ele și sunt probabil găsite în interiorul celulelor fie ca homo- sau heterodimeri . Interacțiunea între ele se realizează printr-un motiv bispiral. Localizarea acestor proteine ​​în paraspeckles necesită atât domenii care conțin motive spiralate C-terminale, cât și domenii de legare a ARN-ului . Membrii familiei DBHS leagă moleculele de ADN și ARN monocatenar și dublu și sunt implicați în multe etape în sinteza și procesarea ARN. În plus, PSF și P54NRB leagă și rețin transcrierile în interiorul nucleului care au suferit o editare intensivă a adenozinei → inozină. Ele funcționează, de asemenea, în citoplasmă , de exemplu, PSF și P54NRB fac parte din granulele purtătoare de ARN din dendrite , cu toate acestea, numai P54NRB poate fi transportat activ de la nucleu la citoplasmă. Interesant, P54NRB este implicat în reglarea ritmurilor circadiene la mamifere [6] .  

Proteinele paraspeckle sunt acele proteine ​​care se colocalizează la anumiți loci nucleari împreună cu proteinele familiei DBHS, cu toate acestea, modelul general de localizare a acestor proteine ​​poate varia semnificativ. De exemplu, proteina CFIM68 poate fi observată în paraspeckles, dar apare și în speckles nucleare; în același timp, ARN polimeraza II, pe lângă paraspeckles, este detectată în cromatină și pete nucleare. În cele din urmă, unele proteine ​​se găsesc în paraspeckles numai în condiții de supraexpresie, cum ar fi BCL11A, WTX, WT1(+KTS) și CoAA [7] .

Proteinele paraspeckle din afara familiei DBHS sunt de obicei factori de transcripție sau coreglatori de transcripție. CoAA funcționează ca un coactivator transcripțional care reglează transcripția mediată de receptorul hormonilor steroizi și splicing alternativ . WTX este un coreglator transcripțional și un supresor tumoral; coactivează transcrierea proteinei WT1, care poate fi, de asemenea, localizată în paraspeckles. SOX9 este un factor de transcripție care joacă un rol critic în formarea osului . Interacționează direct cu P54NRB, iar supraexpresia sa duce la o schimbare în localizarea P54NRB și PSPC1. BCL11A este un factor de transcripție care a fost implicat în dezvoltarea limfoamelor leucemiilor cu celule B. Factorul de scindare CFIM68 este necesar pentru prima etapă în procesarea capătului 3’ al pre-ARNm [8] .

Proteinele NONO și SFPQ sunt strict necesare pentru formarea paraspeckle. În plus, distrugerea proteinelor precum HNRNPK, DAZAP1, FUS, RBM14 și HNRRNPH3 are ca rezultat absența paraspeckle [2] .

ARN

Înainte de descrierea ARN-urilor specifice care alcătuiesc paraspeckles, a existat o serie de dovezi că paraspeckles conțin într-adevăr ARN în plus față de proteine. În primul rând, paraspeckles sunt distruse atunci când celulele sunt tratate cu RNază . În al doilea rând, toate cele mai importante proteine ​​paraspeckle conțin motive de legare a ARN; în plus, toate aceste proteine ​​sunt într-un fel implicate în procesarea ARN. În al treilea rând, domeniul de legare a ARN al acestei proteine ​​este necesar pentru localizarea PSPC1 în paraspeckles. În cele din urmă, paraspeckles dispar atunci când transcripția mediată de ARN polimeraza II este suprimată și reapar la reluarea transcripției. Sunt cunoscute două ARN care fac parte din paraspeckle: Ctn și NEAT1/Men ε/β [9] .

Ctn a fost primul ARN paraspeckle care a fost descoperit și a fost descris în 2005. Este o transcriere specifică șoarecelui cu o coadă poli(A) care este citită din locusul mCAT2 . Ctn include toți exonii proteinei transportoare CAT2; totuși, spre deosebire de ARNm al acestei proteine, Ctn este sintetizat dintr-un promotor diferit și are o regiune 3'-netradusă mai lungă (3'-UTR). Ctn este localizat nu numai în paraspeckles, ci și în nucleoplasmă. 3’-UTR-ul acestui ARN este supus unei editări intensive A → I, iar repetele inversate sunt editate, datorită cărora se formează regiuni dublu catenare în structura ARN. Proteina paraspeckle P54NRB se leagă de inozină din ARN, care se leagă și de Ctn in vivo . Probabil datorită legării proteinelor, paraspeckle Ctn rămâne în paraspeckle mai degrabă decât exportat în citoplasmă. Sub influența unui număr de semnale de stres, 3’- UTR al Ctn este tăiat, iar cantitatea acestui ARN din nucleu scade [10] .

În 2009, mai multe grupuri de cercetători au descoperit în mod independent un al doilea ARN paraspeckle, NEAT1 . Acest ARN lung non-codant este esențial pentru formarea și menținerea integrității structurale a paraspeckle. Sunt cunoscute două variante de NEAT1 , care diferă în lungime; izoforma lungă [2] joacă un rol structural în paraspeckles . Interesant este că izoforma lungă a NEAT1 suferă clivaj foarte aproape de capătul 3’, rezultând o moleculă de ARN asemănătoare ARNt foarte scurtă . Deteriorarea NEAT1 duce la pierderea completă a paraspeckle, iar supraexprimarea acestui ARN duce la o creștere a numărului de paraspeckle în unele linii celulare . În plus, paraspeckles se formează în apropierea genelor NEAT1 . Aparent, ca și în cazul Ctn , localizarea NEAT1 în paraspeckles este asociată cu interacțiunea cu proteinele din familia DBHS, deși NEAT1 nu este supus editării A → I. Modificările cantității de NEAT1 din celulă pot fi folosite pentru a judeca funcționarea paraspeckle. Celulele stem embrionare umane, precum și celulele stem pluripotente induse [2] , nu exprimă NEAT1 și nu au paraspeckles, în ciuda expresiei proteinelor DBHS; totuși, paraspeckles apar la începutul diferențierii. În plus, odată cu apariția paraspeckle, crește acumularea în nucleu de ARNm supuse editării A → I [11] .

Formare

Conform modelului actual, formarea paraspeckle începe cu formarea transcrierilor NEAT1 în nucleele celulelor fiice la scurt timp după diviziunea celulară. La scurt timp după sinteză , moleculele NEAT1 formează complexe cu proteinele DBHS, iar transcriptele NEAT1 nu au timp să se îndepărteze de locusul lor. Paraspeckles-urile formate constau cel mai probabil din multe complexe NEAT1 cu proteine ​​DBHS și sunt destul de dinamice: moleculele individuale de proteine ​​DBHS pot intra în nucleoplasmă și înapoi. Este probabil ca capacitatea proteinelor DBHS de a se oligomeriza, precum și interacțiunile directe dintre moleculele de ARN NEAT1 înseși, să fie implicate în formarea paraspeckles . În absența NEAT1, paraspeckles sunt incapabile să-și mențină integritatea structurală și nu se reformează [12] . Conform celor mai recente date ,  separarea fază lichid-lichid este implicată în formarea paraspeckle [2] . Picăturile separate de fază sunt formate de proteina polycomb ASXL1 , care îmbunătățește și mai mult expresia NEAT1 și îmbunătățește interacțiunile NONONET1 [13]

Funcții

Funcția principală a paraspeckles este de a reține în nucleu ARNm care conțin regiuni dublu catenare formate folosind repetări inversate și supuse editării de adenozină → inozină. Reținerea ARN-ului în nucleu este asociată cu răspunsul celular la stres, infecții virale și menținerea ritmurilor circadiene. Aparent, paraspeckles sunt implicate în reprogramarea celulară care are loc în timpul diferențierii; Poate prin reținerea ARN-ului în nucleu, paraspeckles modifică expresia proteinelor cheie. Absența NEAT1 și paraspeckle ar putea servi ca un marker al pluripotenței . Proteina paraspeckle CFIM68 poate regla eliberarea de ARN din nucleu prin introducerea de tăieturi în ARN [14] .

Paraspeckles pot acumula în mod selectiv anumite proteine ​​în interiorul lor, ceea ce duce la o scădere a concentrației acestor proteine ​​în altă parte. Aceasta, la rândul său, poate afecta expresia unui număr de gene [2] .

Conform datelor recente, paraspeckles pot fi localizate direct la locurile de pornire a transcripției ale genelor transcrise activ. Proteinele paraspeckle SFPQ și NONO sunt implicate în procesarea miARN , iar acumularea acestor proteine ​​în paraspeckle promovează procesarea eficientă a microARN [2] .

Semnificație fiziologică și clinică

Paraspeckles și NEAT1 nu sunt strict necesare pentru dezvoltarea mamiferelor în condiții normale, deoarece șoarecii lipsiți de NEAT1 sunt viabili. Cu toate acestea, la unele femele acestor șoareci, au fost observate anomalii în formarea și funcționarea glandelor secretoare ovariene și a corpului galben , ceea ce reduce fertilitatea . Este posibil ca paraspeckles să îndeplinească o anumită funcție evolutivă conservatoare în celulele structurilor secretoare ale sistemului reproducător feminin de mamifere: de exemplu, opossumul are paraspeckles bine formate în celulele glandelor uterine. Este curios că astfel de efecte au fost observate nu la toate femelele knockout , ci doar la unele, ceea ce poate fi asociat cu necesitatea funcționării paraspeckle în condiții de mediu stresante [2] .

Nivelul de exprimare al izoformei lungi a NEAT1 este crescut atunci când o celulă este infectată cu niște virusuri care conțin ARN , cum ar fi virusul encefalită japoneză , rabia , HIV , virusul gripal și virusul Hantaan , precum și virusul herpes simplex care conține ADN . În cele mai multe cazuri, această creștere este un mecanism de apărare. O creștere a numărului de paraspeckles duce la acumularea în ele a unui număr mare de proteine ​​pe care virusul nu le poate folosi pentru reproducerea sa, precum și la o modificare a expresiei unui număr de gene [2] .

În cazul cancerului, expresia NEAT1 poate fi reglată în jos, în creștere în comparație cu țesutul normal sau poate rămâne neschimbată. Mutațiile genei NEAT1 au fost legate de dezvoltarea cancerelor de ficat și de sân . Există dovezi că NEAT1 poate chiar stimula formarea metastazelor [15] . O creștere a expresiei NEAT1 și o creștere a numărului de paraspeckles pot fi asociate cu condiții stresante în care sunt localizate celulele canceroase, cu toate acestea, paraspeckles pot avea, de asemenea, un rol oncogen . În cazul cancerului de prostată, o creștere a paraspeckle și a expresiei NEAT1 corespunde formelor mai agresive ale bolii. Cu toate acestea, există și dovezi că paraspeckles pot suprima dezvoltarea tumorilor [2] .

Paraspeckles pot juca roluri speciale în funcționarea sistemului nervos. S-a demonstrat că, după o criză epileptică , expresia izoformei lungi NEAT1 a crescut în unele părți ale creierului șoarecelui . Paraspeckles pot fi implicate în dezvoltarea sclerozei laterale amiotrofice [2] .

Există dovezi că NEAT1 poate regla procesul inflamator prin declanșarea formării paraspeckle la macrofage [16] .

Note

1. ↑ 1 2 Nucleul, 2011 , p. 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 ARN Meets Phase Separation.  (engleză)  // Tendințe în științe biochimice. - 2017. - doi : 10.1016/j.tibs.2017.12.001 . — PMID 29289458 .
3. ↑ Nucleul, 2011 , p. 275-276.
4. ↑ 1 2 Nucleul, 2011 , p. 276.
5. ↑ Nucleul, 2011 , p. 277.
6. ↑ Nucleul, 2011 , p. 277-278.
7. ↑ Nucleul, 2011 , p. 278-279.
8. ↑ Nucleul, 2011 , p. 279.
9. ↑ Nucleul, 2011 , p. 279-280.
10. ↑ Nucleul, 2011 , p. 280.
11. ↑ Nucleul, 2011 , p. 281-284.
12. ↑ Nucleul, 2011 , p. 284.
13. ↑ Yamamoto, K., Goyama, S., Asada, S., Fujino, T., Yonezawa, T., Sato, N., ... & Kitamura, T. (2021). Un modificator de histonă, ASXL1, interacționează cu NONO și este implicat în formarea paraspeckle în celulele hematopoietice Arhivat 26 septembrie 2021 la Wayback Machine . Cell Reports, 36(8), 109576. PMID 34433054 doi : 10.1016/j.celrep.2021.109576
14. ↑ Nucleul, 2011 , p. 284-285.
15. ↑ Fu MC , Yuan LQ , Zhang T. , Yan XM , Zhou Y. , Xia HL , Wu Y. , Xu LX , Cao X. , Wang J. Transcrierea 1 a ansamblului paraspeckle nucleare promovează metastaza și tranziția epitelial-mezenchimală a hepatoblastomului celule prin inhibarea miR-129-5p.  (engleză)  // Scrisori de oncologie. - 2017. - Vol. 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 reglează inflamația oxidată indusă de lipoproteine ​​de joasă densitate și absorbția lipidelor în macrofage prin formarea paraspeckle.  (Engleză)  // Rapoarte de medicină moleculară. - 2018. - Vol. 17, nr. 2 . - P. 3092-3098. - doi : 10.3892/mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Literatură

• Razin S.V., Gavrilov A.A. Organizarea proceselor funcționale în nucleul celular: ordinea apărută din dezordine  // Buletinul Universității din Moscova. Ser. 16. Biologie. - 2015. - Nr 3 . - S. 13-20 .
• Nucleul / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y. : Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 2011. - 463 p. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

nucleul celular
Membrană nucleară / Lamina nucleară	Pori nucleari : Nucleoporine ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nucleol	Compartimentul perinucleolar ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxina 7
Alte	Corpurile PML Paraspeckles Corpuscul Cajal ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 coilin ) proteine ​​SMC Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Condensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) Repararea ADN-ului ( SMC5 SMC6 ) Proteine ​​nucleare de tranziție TNP1 TNP2 Cromatina matrice nucleară Nucleoplasma Nucleosol