Y-ARN-urile sunt mici ARN necodificatori care fac parte din ribonucleoproteinele care conțin proteine Ro60 [1] și La , care sunt ținta autoanticorpilor la pacienții care suferă de lupus eritematos sistemic [2] și sindromul Sjögren . [3] . Ele sunt, de asemenea, esențiale pentru replicarea ADN-ului , deoarece interacționează cu cromatina și proteinele inițiatoare [4] [5] .
Y-ARN-urile au fost descrise pentru prima dată în 1981. Ele au fost identificate în citoplasma celulelor de mamifere ( om , șoarece și maimuță ), motiv pentru care sunt numite Y-ARN din c y toplasmic spre deosebire de ARN nuclear (U-ARN din n u clear) [3] .
Y-ARN a fost găsit la toate vertebratele studiate , iar fiecare specie are de la una până la patru gene Y-ARN , ceea ce indică dublări și deleții ale acestor gene în timpul evoluției vertebratelor. Există patru tipuri de Y-ARN la om: hY1, hY3, hY4 și hY5. Anterior, au inclus și hY2, dar mai târziu s-a dovedit că acesta nu este un tip separat de Y-ARN, ci un produs al distrugerii ARN -ului hY1 . Toate cele 4 gene Y-ARN la oameni formează un singur grup pe al 7-lea cromozom la locusul 7q36 ; la alte vertebrate, ele sunt, de asemenea, grupate într-un grup. Y3 pare a fi cel mai vechi dintre Y-ARN-urile vertebratelor [6] . Fiecare genă Y-ARN este transcrisă de ARN polimeraza III din propriul său promotor . S-a demonstrat că ARN-urile nematode mici necodante , cunoscute sub numele de sbRNA ( stem-bulge ) sunt omoloage ca structură și funcție cu Y-ARN-ului vertebratelor. În același timp, nematodul Caenorhabditis elegans are și un Y-ARN propriu, CeY-ARN [7] [8] . ARN-uri mici necodificatori similare cu ARN-urile Y de vertebrate sau ARNsb nematode au fost găsite în multe alte eucariote , cum ar fi protistul Chlamydomonas reinhardtii [6] , insectele Anopheles gambiae și Bombyx mori și lanceta Branchiostoma floridae . ARN similare se găsesc și în procariote , inclusiv Deinococcus radiodurans , Salmonella enterica serovar Typhimurium, Mycobacterium smegmatis și altele. Cu toate acestea, acești ARN bacterieni încă diferă semnificativ de Y-ARN-urile vertebratelor și nu sunt omoloage cu acestea [3] .
Moleculele Y-ARN constau din 80-120 de nucleotide și au o structură secundară caracteristică în ac de păr . Capetele 5’ și 3’ ale fiecărei molecule de Y-ARN hibridizează pentru a forma două regiuni tulpinii dublu catenare separate printr-o buclă internă mică. Cea mai lungă buclă este la hY1, cea mai scurtă este la hY5. Secvențele de nucleotide ale tulpinilor inferioare și superioare sunt foarte conservate , în timp ce secvențele buclei interioare variază foarte mult între diferitele Y-ARN. Tulpina inferioară poartă un reziduu de citozină proeminent conservator , care este un reziduu cheie implicat în legarea la proteina Ro60 [6] . Este bucla care interacționează cu o varietate de proteine, inclusiv nucleolina , PTB și ZBP1 . S-a demonstrat că stabilitatea și procesarea capetelor 3’ ale ARN-ului Y depind de exoribonucleaza PARN [9] . Toate cele patru Y-ARN umane interacționează cu citidin deaminaza antivirală APOBEC3G , care este, de asemenea, parte a ribonucleoproteinelor care conțin Ro60 și La. Poate că APOBEC3G editează Y-ARN. Domeniul buclă este, de asemenea, implicat în interacțiunea ARN-ului Y cu domeniile cromatinei nucleare. hY5 interacționează cu un set specific de proteine, ceea ce indică funcțiile sale sunt diferite de alte Y-ARN - de exemplu, interacționează cu proteina ribozomală L5 și IFIT5. În plus, hY5 interacționează cu ARNr 5S , predominant desfășurat [3] .
Inițial, ARN-urile Y au fost descrise ca ARN-uri necodante care se leagă de proteina Ro60, care este un antigen care este recunoscut de anticorpii din sângele pacienților cu lupus eritematos sistemic și sindrom Sjögren . Ro60 este conservat la vertebrate, omologii săi au fost identificați în majoritatea Metazoa , precum și în 5% din genomurile bacteriene (printre acestea genomul D. radiodurans și Salmonella ). În toate aceste organisme, omologii Ro60 se leagă de Y-ARN sau ARN similar pentru a forma ribonucleoproteine. La vertebrate, Ro60 interacționează cu domeniul tulpină inferior al ARN-ului Y. Proteina La se leagă de o parte a ribonucleoproteinelor constând din Ro60 și Y-ARN (RoRNP). Este necesar pentru terminarea corectă a transcripției mediate de ARN polimeraza III și se leagă de coada poliuridină 3’-terminală a ARN-urilor nou sintetizate în nucleu. Majoritatea ARN-urilor își pierd ulterior coada de poliuridină, dar Y-ARN-urile o păstrează și continuă să interacționeze cu La. Este implicat în acumularea de Y-ARN în nucleu și îi protejează de distrugerea de către exonucleaze [3] .
RoRNP-urile sunt implicate în controlul calității ARN-urilor necodificatoare, reglează stabilitatea ARN și, la unele specii, sunt implicate în răspunsul celular la stres. La multe specii, inclusiv broasca Xenopus laevis , nematodul C. elegans și șoarecele de casă , Ro60 se leagă de ARN-uri necodificatoare defecte, cum ar fi ARNr 5S pliat greșit și ARN nuclear mic U2 . Nematozii care nu au omologul Ro60 sunt viabili, dar formarea lor de larve speciale concepute pentru a rezista în condiții nefavorabile este perturbată. Sub acțiunea radiațiilor UV , RoRNP se acumulează în celulele de șoarece și D. radiodurans , iar în absența Ro60, rezistența acestora la radiațiile UV scade. În D. radiodurans , ortologul Ro60 este implicat în maturarea ARNr-urilor induse de stres termic și în degradarea ARNr indusă de foame . Legarea lui Ro60 la ARN-urile necodante pliate greșit nu este specifică secvenței și se pare că această proteină se poate lega la o mare varietate de ARN. Din acest motiv, RoRNP-urile pot fi considerate senzori de stres intracelular. În absența Ro60, nivelul de Y-ARN atât în celulele eucariote, cât și în cel procariote a scăzut, ceea ce implică probabil că Ro60 stabilizează Y-ARN-ul cu care interacționează [3] .
Y-ARN este implicat în inițierea replicării ADN -ului cromozomial , și anume în formarea de noi bifurcături de replicare. Cu toate acestea, ele nu sunt necesare pentru alungire și replicare și pentru procesul de duplicare a ADN-ului ca atare. Y-ARN-urile sunt implicate în inițierea replicării ADN-ului nu prin ele însele, ci prin intermediul proteinelor. Pentru a participa la inițierea replicării ADN-ului, este necesară tulpina superioară a ARN-ului Y, dar nu situsurile de legare pentru proteinele Ro60 și La, și nu aceste proteine în sine. De fapt, aproximativ jumătate din ARN-ul Y din celulele umane există în afara complexelor cu proteinele Ro60 și La. Perturbarea ARN-ului Y prin interferența ARN blochează replicarea ADN-ului și proliferarea celulelor de mamifere. În acest caz, fenotipul normal revine atunci când în astfel de celule este introdus un ARN dublu catenar scurt corespunzător tulpinii superioare a ARN-ului hY1. Inactivarea Y-ARN de către oligonucleotidele morfoline în embrionii de pești X. laevis și Danio rerio duce la oprirea dezvoltării și moartea în stadiile incipiente ale embriogenezei . În schimb, tumorile umane supraexprimă Y-ARN în comparație cu țesuturile normale . Secvențele de Y-ARN ale tulpinii superioare ale unor organisme precum C. elegans , B. floridae și D. radiodurans sunt foarte diferite de cele ale vertebratelor, iar acești Y-ARN nu pot înlocui funcțional Y-ARN-urile în celulele umane [3] .
Mecanismul specific prin care Y-ARN este implicat în inițierea replicării ADN-ului este necunoscut. Cu toate acestea, se știe că Y-ARN interacționează cu mai multe proteine implicate în inițierea replicării ADN-ului, inclusiv complexul de recunoaștere a originii replicării ORC , precum și en , Cdt1 și DUE-B, dar nu interacționează cu proteinele furcă de replicare. Folosind Y-ARN marcați fluorescent , a fost posibil să se arate că la oameni, Y-ARN-urile interacționează dinamic cu cromatina nereplicată în faza G1 a ciclului celular , colocalizând cu mai multe proteine de inițiere a replicării ADN-ului. Odată ce replicarea a început, Y-ARN-urile sunt deplasate de la originea replicării și nu sunt detectate la locurile de sinteză activă a ADN-ului [3] .
La eucariote, biogeneza ARN-ului Y începe în nucleu, dar mai târziu ARN-urile Y pot intra în citoplasmă, ca și alte transcrieri de ARN polimerază III (ARNt și pre-miARN) sau pot rămâne în nucleu, ca ARN-urile nucleare mici . Datele experimentale privind distribuția relativă a ARN-ului Y între nucleu și citoplasmă sunt contradictorii, posibil din cauza metodelor utilizate. Experimentele inițiale cu fracționarea celulară au arătat că în celulele de mamifere din cultură și ovocitele X. laevis , Y-ARN-urile sunt localizate predominant sau chiar exclusiv în citoplasmă. Mai mult, s-a demonstrat că hY1, hY3 și hY4 (și omologii de șoarece corespunzători) sunt localizați în citoplasmă, în timp ce hY5 se acumulează în nucleu. Hibridizarea in situ [ și microscopia electronică au arătat, totuși, că ARN-urile Y formează grupuri discrete atât în nucleu, cât și în citoplasmă în celulele umane cultivate. În celulele umane în proliferare, hY1, hY3 și hY5 se găsesc și la marginea nucleolului (în compartimentul perinucleolar ). Utilizarea Y-ARN-urilor marcate fluorescent a arătat că toate cele patru Y-ARN umane se leagă dinamic la cromatină în timpul tranziției fazei G1 la S. În același timp, hY1, hY3 și hY4 sunt localizate împreună și asociate în principal cu eucromatina în stadiile incipiente ale replicării, în timp ce hY5 se acumulează în nucleol. Datorită faptului că hY5 interacționează cu ARNr 5S și este localizat în nucleol, se poate presupune că este implicat în biogeneza ribozomilor . Astfel, cel mai probabil, Y-ARN-urile sunt prezente atât în nucleul, cât și în citoplasma celulelor eucariote, iar predominanța lor relativă într-unul dintre compartimente este asociată cu metodologia experimentului [3] .
Exportul Y-ARN din nucleu are loc cu participarea GTPase Ran , prin urmare exportine acționează cel mai probabil ca receptori de transport pentru Y-ARN . Tulpina inferioară a ARN-ului Y este foarte asemănătoare ca structură cu alte substraturi de ARN exportin-5, iar exportin-5 s-a dovedit că se leagă de complexul hY1 și Ran/GTP. Ștergerea tulpinii inferioare hY1 provoacă perturbări în exportul acesteia din nucleu. Mecanismul de întoarcere a ARN-ului Y în nucleu este necunoscut [3] .
S-a sugerat că în celulele de mamifere, Y-ARN reglează localizarea intracelulară a Ro60. Această proteină se găsește atât în nucleu, cât și în citoplasmă și s-a demonstrat că Y-ARN poate influența localizarea acesteia. În celulele de șoarece, legarea Y-ARN-ului de Ro60 face ca semnalul său de localizare nucleară să fie ascuns adânc în complex, determinând RoRNP să rămână în citoplasmă [3] .
Localizarea intracelulară a Y-ARN se modifică în condiții de stres. La unele specii, după stresul oxidativ sau expunerea la radiații UV, atât Ro60, cât și Y-ARN se acumulează în nucleu, în concordanță cu rolul propus al RoRNP în răspunsul celular la stres. De asemenea, este posibil ca activitatea Ran GTPase să fie perturbată în condiții de stres, ceea ce duce la acumularea de complexe în nucleu [3] .
La mamifere, Y-ARN-urile pot fi împachetate selectiv în particule virale . Un efect similar a fost demonstrat pentru HIV - 1 și virusul leucemiei murine Moloney. Ro60 nu este necesar pentru ambalarea în virioni , iar acest lucru se întâmplă probabil în stadiile incipiente ale biogenezei Y-ARN, când încă nu a avut timp să părăsească nucleul. Rolul ARN-ului Y în infecția virală este necunoscut [3] .
Folosind Northern blot , expresia Y-ARN a fost analizată în diferite țesuturi de șoareci adulți. Nivelul bazal de expresie al mY1 și mY3 a fost observat în toate țesuturile. Cele mai ridicate niveluri de Y-ARN au fost observate în creier, plămâni, inimă, stomac, rinichi, ovare, țesuturi adipoase și musculare , iar cele mai scăzute - în ficat, intestine, splină, piele și sânge. În același timp, modelul de expresie Y-ARN a fost similar cu cel al Ro60 [6] .
Secvențierea ARN-ului total izolat din celulele eucariote a arătat că celulele în stare apoptotică acumulează mulți ARN mici, care sunt fragmente de Y-ARN. Cu toate acestea, acești ARN mici se leagă de Ro60 și La și, prin urmare, aparent, locurile de legare la aceste proteine din tulpina inferioară sunt protejate de distrugere. Probabil, ținta principală a distrugerii în timpul apoptozei este tulpina superioară, care este implicată în inițierea replicării ADN-ului. Derivații de Y-ARN se găsesc și în celulele în proliferare, atât canceroase, cât și necanceroase, din creier, retină și alte țesuturi sănătoase ale mamiferelor, precum și într-o varietate de tumori. Unele dintre ele au fost identificate inițial în mod eronat ca un nou tip de miARN rezultat din procesarea Y-ARN-urilor de lungime completă. Cu toate acestea, mai târziu s-a demonstrat că ARN-urile mici sunt formate din Y-ARN într-un mod diferit de miARN. Mai mult, derivații Y-ARN, spre deosebire de miARN, nu sunt implicați în tăcere genică . S-a demonstrat că un număr mare de derivați Y-ARN circulă în sângele oamenilor și al altor animale, atât în compoziția veziculelor , cât și sub formă de ribonucleoproteine libere. Nivelul de ARN format din capetele 3’ și 5’ ale ARN-ului Y, precum și din capătul 5’ al ARNt , este semnificativ mai mare în sângele pacienților care suferă de cancer de sân, comparativ cu persoanele sănătoase, astfel încât acești ARN-uri pot să fie de valoare diagnostică.ca biomarkeri ai cancerului . În veziculele produse de celulele imune de șoarece au fost identificate Y-ARN-uri și derivații Y-ARN de lungime completă , iar derivații Y-ARN reprezintă o proporție semnificativă din componenta ARN a exozomilor din sperma umană . Un fragment Y-ARN cunoscut sub numele de EV-YF1 în exozomi poate fi probabil utilizat pentru a minimiza efectele negative asupra inimii și rinichilor cauzate de perfuziile de angiotensină II [11] . Un fragment de Y-ARN cunoscut sub numele de 5'-YsARN poate servi ca biomarker pentru sindromul Sjögren [12] . Funcțiile derivaților Y-ARN sunt necunoscute, dar aceștia pot fi implicați în transmiterea semnalului între celule [3] .
Y-ARN-urile au fost cel mai bine studiate în bacteria Deinococcus radiodurans . În această bacterie, aproape toate funcțiile Y-ARN-ului sunt legate într-un fel sau altul de omologul Ro60 cunoscut sub numele de Rsr. De exemplu, Y-ARN mediază interacțiunea Rsr cu exoribonuclează polinucleotidă fosforilază . Y-ARN și Rsr mediază răspunsul celular la expunerea la UV. În Salmonella enterica serovar Typhimurium, Y-ARN-urile interacționează, de asemenea, îndeaproape cu Rsr. Căutarea omologilor Y-ARN-ului Salmonella a arătat că Y-ARN-urile sunt foarte răspândite printre bacterii și sunt, de asemenea, codificate de genomul unor bacteriofagi . Unele ARN-uri Y bacteriene prezintă chiar asemănări structurale cu ARNt-uri. Distribuția pe scară largă a ARN-ului Y printre bacteriile neînrudite sugerează că, la majoritatea speciilor, genele ARN-ului Y au fost dobândite utilizând transferul de gene orizontal [13] .
Supraexprimarea Y-ARN este caracteristică unor tumori umane și este necesară pentru proliferarea celulară [14] . În plus, fragmentele mici de dimensiunea microARN formate în timpul descompunerii ARN-ului Y pot juca un anumit rol în dezvoltarea bolilor autoimune și a altor stări patologice [15] .
| Tipuri de ARN | |
|---|---|
| Biosinteza proteinelor | |
| procesarea ARN |
|
| Reglarea expresiei genelor |
|
| elemente de reglare cis | |
| Elemente parazite | |
| Alte |
|
| Tipuri de acizi nucleici | ||||
|---|---|---|---|---|
| Baze azotate | ||||
| Nucleozide | ||||
| Nucleotide | ||||
| ARN | ||||
| ADN | ||||
| Analogii | ||||
| Tipuri de vectori |
| |||
| ||||