Paraspeckles

A paraspeckles vagy paraspeckles az  emlőssejtek sejtmagjának kromatikus terében található nukleáris testek osztálya . Fehérjékből és RNS - ből állnak, és a NEAT1 / Men ε / β néven ismert hosszú, nem kódoló RNS és a DBHS család fehérjéi (az angol Drosophila Behavior Human Splicing szóból) kölcsönhatása révén jönnek létre , nevezetesen P54NRB / NONO , PSPC1 és PSF/SFPQ. A paraspeckles fontos szerepet játszanak a génexpresszió szabályozásában , biztosítva a kettős szálú régiókat tartalmazó és adenozin → inozin (A → I) szerkesztésnek alávetett RNS- molekulák megtartását a magban . A génexpresszió szabályozásával a paraspeckles olyan folyamatokban vesz részt, mint a sejtdifferenciálódás , a stresszre adott válaszok és a vírusfertőzések lefolyása [1] . Bizonyíték van a paraspeckle és a rák , valamint az idegrendszeri betegségek közötti kapcsolatra [2] .

Tanulmánytörténet

A foltokat 2002-ben fedezték fel Andersen és munkatársai, miközben tömegspektrometriával tanulmányozták a tisztított emberi magvak proteomját . A vizsgálat során 271 fehérjét izoláltak, amelyek 30%-a korábban ismeretlen volt. Ezen újonnan felfedezett fehérjék egyikének részletesebb vizsgálata kimutatta, hogy egyáltalán nem halmozódik fel a sejtmagokban, hanem diffúzan a nukleoplazmában található , de erősen koncentrálódik 5-20 nukleáris gócban. Kiderült, hogy ezek a gócok nem fedik át egyik korábban ismert nukleáris testet sem, és "paraspeckle"-nek nevezték őket, mivel más nukleáris testek közelében helyezkednek el - folt . Magát a fehérjét PSPC1-nek (az angol Paraspeckle Protein 1 szóból ) nevezték el [1] .  

Szerkezet

Paraspeckles szabálytalan alakú kis testek. A sejttípustól függően általában 5-20 paraspeckles található a sejtmagban. Egy elektron- és fluoreszcens mikroszkóppal végzett vizsgálat kimutatta, hogy az emberi paraspecklek körülbelül 360 nm szélesek (egereknél valamivel kisebbek) és 1-2 µm hosszúak . A paraspeckles létezését csak emlőssejtek esetében mutatták ki megbízhatóan. Emberben a paraspeckles hiányzik az embrionális őssejtekben és az indukált pluripotens őssejtekben . A kulcsfontosságú paraspeckle fehérjék ortológjai más gerincesekben és gerinctelenekben is megtalálhatók , azonban a paraspeckle-képződéshez szükséges hosszú, nem kódoló NEAT1 RNS csak emlősökben van jelen, ami nyilvánvalóan az oka annak, hogy más élőlények magjában hiányoznak a paraspeckle- k. . A paraspeckles száma és hossza arányos a hosszú NEAT1 izoforma expressziós szintjével [3] [2] .

Az elektronmikroszkóppal és az ultra-nagy felbontású mikroszkóppal végzett legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a paraspeckle-k összeolvadt gömb alakú részegységek láncai, amelyek mindegyike maggal és héjjal rendelkezik. A hosszú NEAT1 izoforma 5' és 3' végei a héjban, míg a molekula többi része a magban található. Különböző paraspeckle fehérjék is lokalizálódnak a paraspeckle különböző részein [2] .

A parafoltok az interkromatin térben helyezkednek el, nagyobb nukleáris foltok és a kromatin között . Kimutatták, hogy az RNS-polimeráz II inaktív a paraspeckle belsejében, és az ezen enzim által közvetített transzkripció csak a paraspeckle szélén történik [4] .

A paraspeckle és a nucleolus kapcsolata még nem teljesen ismert, de az egyik kulcsfontosságú paraspeckle fehérje, a PSPC1 mozoghat a paraspeckle és a nucleolus között. Ezenkívül, ha az RNS-polimeráz II működése elnyomódik, a paraspeckle fehérjék speciális perinukleoláris kupakokban lokalizálódnak [4] .

Összetevők

Több mint 40 különböző fehérje [2] és RNS halmozódik fel nagy mennyiségben a paraspecklesben. A legtöbb paraspeckle fehérje az RNS polimeráz II által közvetített transzkripcióhoz és RNS-feldolgozáshoz kapcsolódik . A paraspecklesben felhalmozódó két RNS egyikét Ctn-nek hívják, és a génexpresszió szabályozásában vesz részt azáltal, hogy az RNS-t a sejtmagban tartja. A második RNS-t NEAT1 -nek hívják , és építészeti szerepet játszik, mivel szükséges a paraspeckle szerkezet kialakításához és fenntartásához. A paraspeckle fő összetevőit az alábbi táblázat tartalmazza [5] .

Mókusok

A paraspeckle legfontosabb komponensei a DBHS család három fehérje: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB és PSPC1. A nukleoplazmában és a paraspecklesben lokalizálódnak. A PSPC1 fehérjét leggyakrabban a paraspeckle markereként használják, mivel kisebb mértékben halmozódik fel a nukleoplazmában. Ezekben a fehérjékben a két N-terminális RNS-kötő motívum és a C-terminális coiled coil motívum szekvenciáját tekintve 50%-ban azonos .  Ezek a fehérjék fontos szerkezeti szerepet játszanak a paraspecklesben: például a P54NRB és a PSF fehérjék leütése a HeLa sejtekben a paraspeckle elvesztését eredményezi. A P54NRB-hez és a PSF-hez képest a PSPC1 nem expresszálódik olyan bőségesen, és leütése nem vezet a paraspeckle elvesztéséhez. Ez a három fehérje kölcsönhatásba lép egymással, és valószínűleg homo- vagy heterodimerként találhatók meg a sejtekben . Az egymással való kölcsönhatás egy bispirális motívum révén valósul meg. Ezeknek a fehérjéknek a paraspeckle-ben történő lokalizálásához C-terminálisan tekercselt motívumokat tartalmazó doménekre és RNS-kötő doménekre is szükség van. A DBHS család tagjai egy- és kétszálú DNS- és RNS-molekulákat kötnek, és számos lépésben részt vesznek az RNS szintézisében és feldolgozásában. Ezenkívül a PSF és a P54NRB megköti és megtartja azokat a transzkriptumokat a sejtmagban, amelyek intenzív adenozin → inozin szerkesztésen estek át. A citoplazmában is működnek, például a PSF és a P54NRB a dendritekben lévő RNS-t hordozó szemcsék részét képezik , azonban csak a P54NRB transzportálható aktívan a sejtmagból a citoplazmába. Érdekes módon a P54NRB részt vesz az emlősök cirkadián ritmusának szabályozásában [6] .

Paraspeckle fehérjék azok a fehérjék, amelyek a DBHS család fehérjéivel együtt kolokalizálódnak bizonyos sejtmag lókuszokban , azonban ezeknek a fehérjéknek az általános lokalizációja jelentősen eltérhet. Például a CFIM68 fehérje megfigyelhető a paraspecklesben, de előfordul a nukleáris foltokban is; ugyanakkor az RNS-polimeráz II, a paraspeckles mellett, kimutatható kromatinban és nukleáris foltokban. Végül néhány fehérje csak túlzott expressziós körülmények között található meg a paraspecklesben, mint például a BCL11A, WTX, WT1(+KTS) és CoAA [7] .

A DBHS családon kívüli Paraspeckle fehérjék általában transzkripciós faktorok vagy transzkripciós koregulátorok. A CoAA transzkripciós koaktivátorként működik, amely szabályozza a szteroid hormon receptor által közvetített transzkripciót és az alternatív splicinget . A WTX egy transzkripciós koregulátor és tumorszuppresszor; koaktiválja a WT1 fehérje transzkripcióját, amely a paraspecklesben is lokalizálható. A SOX9 egy transzkripciós faktor, amely kritikus szerepet játszik a csontképzésben . Közvetlenül kölcsönhatásba lép a P54NRB-vel, és túlzott expressziója a P54NRB és a PSPC1 lokalizációjának megváltozásához vezet. A BCL11A egy transzkripciós faktor, amely szerepet játszik a B-sejtes limfómák leukémiák kialakulásában. A CFIM68 hasító faktor szükséges a pre-mRNS 3' végének feldolgozásának első lépéséhez [8] .

A NONO és SFPQ fehérjék szigorúan szükségesek a paraspeckle kialakulásához. Ezenkívül az olyan fehérjék, mint a HNRNPK, DAZAP1, FUS, RBM14 és HNRNPH3 leütése a paraspeckle hiányát eredményezi [ 2] .

RNS

A paraspeckle-t alkotó specifikus RNS-ek leírása előtt számos bizonyíték volt arra vonatkozóan, hogy a paraspecklek valóban tartalmaznak RNS-t a fehérjék mellett. Először is, a paraspeckles elpusztul, amikor a sejteket RNázzal kezelik . Másodszor, az összes legfontosabb paraspeckle fehérje tartalmaz RNS-kötő motívumokat, ráadásul ezek a fehérjék valamilyen módon részt vesznek az RNS-feldolgozásban. Harmadszor, ennek a fehérjének az RNS-kötő doménje szükséges a PSPC1 lokalizációjához a paraspecklesben. Végül a paraspeckles eltűnnek, amikor az RNS-polimeráz II által közvetített transzkripciót elnyomják, és újra megjelennek, amikor a transzkripció újraindul. Két RNS ismert, amelyek a paraspeckle részét képezik: a Ctn és a NEAT1/Men ε/β [9] .

A Ctn volt az első felfedezett paraspeckle RNS, és 2005-ben írták le. Ez egy egér-specifikus transzkriptum, poli(A) farokkal , amely az mCAT2 lókuszból olvasható ki . A Ctn magában foglalja a CAT2 transzporter fehérje összes exonját , azonban ennek a fehérjének az mRNS -ével ellentétben a Ctn egy másik promóterből szintetizálódik, és hosszabb 3'-transzlációt nem mutató régióval rendelkezik (3'-UTR). A Ctn nemcsak a paraspecklesben, hanem a nukleoplazmában is lokalizálódik. Ennek az RNS-nek a 3'-UTR-ját intenzív A → I szerkesztésnek vetjük alá, és fordított ismétlődéseket szerkesztünk, aminek következtében az RNS szerkezetében kettős szálú régiók képződnek. A P54NRB Paraspeckle fehérje az RNS-ben lévő inozinhoz kötődik, amely in vivo a Ctn -hez is kötődik . Valószínűleg a fehérjekötés miatt a Ctn paraspeckle a citoplazmába exportálás helyett a paraspeckleben marad . Számos stresszjel hatására a Ctn 3'-UTR-ja megszakad, és ennek az RNS-nek a mennyisége a sejtmagban csökken [10] .

2009-ben több kutatócsoport egymástól függetlenül felfedezett egy második paraspeckle RNS-t, a NEAT1 -et . Ez a hosszú, nem kódoló RNS elengedhetetlen a paraspeckle szerkezeti integritásának kialakulásához és fenntartásához. A NEAT1 két változata ismert , amelyek hosszukban különböznek egymástól; a hosszú izoforma [2] szerkezeti szerepet játszik a paraspecklesben . Érdekes módon a NEAT1 hosszú izoformája nagyon közel a 3'-végéhez hasad, ami egy nagyon rövid tRNS -szerű RNS-molekulát eredményez . A NEAT1 leütése a paraspeckle teljes elvesztéséhez vezet, és ennek az RNS-nek a túlzott expressziója a paraspeckle számának növekedéséhez vezet egyes sejtvonalakban . Ezenkívül a NEAT1 gének közelében paraspeckles képződik . Úgy tűnik, akárcsak a Ctn esetében , a NEAT1 lokalizációja a paraspecklesben a DBHS család fehérjéivel való kölcsönhatáshoz kapcsolódik, bár a NEAT1 nincs alávetve A → I szerkesztésnek. ítélje meg a paraspeckle működését. A humán embrionális őssejtek, valamint az indukált pluripotens őssejtek [2] a DBHS fehérjék expressziója ellenére nem expresszálnak NEAT1 -et és nem rendelkeznek paraspeckles-vel, azonban a paraspeckles a differenciálódás kezdetén jelennek meg. Emellett a paraspeckle megjelenésével megnő az A → I szerkesztésnek alávetett mRNS-ek felhalmozódása [11] .

Formáció

A jelenlegi modell szerint a paraspeckle képződés a NEAT1 transzkriptumok kialakulásával kezdődik a leánysejtek magjában röviddel a sejtosztódás után. Röviddel a szintézis után a NEAT1 molekulák komplexeket képeznek a DBHS fehérjékkel, és a NEAT1 transzkriptumoknak nincs idejük eltávolodni a lókuszuktól. A kialakult paraspeckles valószínűleg sok NEAT1 komplexből áll DBHS fehérjékkel, és meglehetősen dinamikusak: a DBHS fehérjék egyes molekulái bejuthatnak a nukleoplazmába és vissza. Valószínű, hogy a DBHS fehérjék oligomerizációs képessége, valamint maguk a NEAT1 RNS-molekulák közötti közvetlen kölcsönhatások szerepet játszanak a paraspeckles képződésében . A NEAT1 hiányában a paraspeckle- ek nem képesek megőrizni szerkezeti integritásukat, és nem alakulnak újra [12] . A legfrissebb adatok szerint a  folyékony-folyadék fázisszétválás részt vesz a paraspeckle kialakulásában [2] . A fázis-szétválasztott cseppeket az ASXL1 polycomb fehérje képezi , amely tovább fokozza a NEAT1 expresszióját és fokozza a NONO- NEAT1 kölcsönhatásokat [13]

Funkciók

A paraspeckles fő funkciója, hogy a sejtmagban megtartsa az invertált ismétlődésekkel kialakított és adenozin → inozin szerkesztésnek alávetett kettős szálú régiókat tartalmazó mRNS-eket . Az RNS visszatartása a sejtmagban a stresszre , a vírusfertőzésekre és a cirkadián ritmus fenntartására adott sejtválaszhoz kapcsolódik . Úgy tűnik, a paraspeckles részt vesz a sejt átprogramozásában, amely a differenciálódás során történik; talán az RNS visszatartásával a sejtmagban, a paraspeckles megváltoztatja a kulcsfontosságú fehérjék expresszióját. A NEAT1 és a paraspeckle hiánya potenciálisan a pluripotencia markereként szolgálhat . A CFIM68 paraspeckle fehérje szabályozhatja az RNS felszabadulását a sejtmagból az RNS-be történő vágások beiktatásával [14] .

A paraspeckles bizonyos fehérjéket szelektíven felhalmozhatnak magukban, ami e fehérjék koncentrációjának máshol csökkenéséhez vezet. Ez viszont számos gén expresszióját befolyásolhatja [2] .

A legújabb adatok szerint a paraspeckles közvetlenül az aktívan átíródó gének transzkripciós kezdőhelyein lokalizálható. Az SFPQ és NONO paraspeckle fehérjék részt vesznek a miRNS -feldolgozásban , és ezeknek a fehérjéknek a paraspeckle-ben való felhalmozódása elősegíti a hatékony mikroRNS-feldolgozást [2] .

Fiziológiai és klinikai jelentősége

A paraspeckles és a NEAT1 nem feltétlenül szükségesek az emlősök fejlődéséhez normál körülmények között, mivel a NEAT1 -et nem tartalmazó egerek életképesek. Azonban ezeknek az egereknek néhány nőstényében rendellenességeket figyeltek meg a petefészek - kiválasztó mirigyek és a sárgatest képződésében és működésében , ami csökkenti a termékenységet . Lehetséges, hogy az emlős nőstény szaporodási rendszerének szekréciós struktúráinak sejtjeiben a paraspeckles valamilyen evolúciósan konzervatív funkciót lát el: például az oposszumban a méhmirigyek sejtjeiben jól kialakított paraspeckles találhatók. Érdekes, hogy ilyen hatásokat nem minden knockout nősténynél, hanem csak néhánynál figyeltek meg, ami összefüggésbe hozható azzal, hogy stresszes környezeti körülmények között is szükség van a paraspeckle működésére [2] .

A NEAT1 hosszú izoformájának expressziós szintje megnő, ha egy sejtet néhány RNS-tartalmú vírus , például japán encephalitis vírus , veszettség , HIV , influenza vírus és Hantaan vírus , valamint DNS-tartalmú herpes simplex vírus fertőz meg . A legtöbb esetben ez a növekedés védekezési mechanizmus. A paraspeckles számának növekedése nagyszámú olyan fehérje felhalmozódásához vezet bennük, amelyeket a vírus nem tud felhasználni a szaporodáshoz, valamint számos gén expressziójának megváltozásához vezet [2] .

Rák esetén a NEAT1 expressziója lefelé, felfelé szabályozható a normál szövethez képest , vagy változatlan maradhat. A NEAT1 gén mutációit máj- és emlőrák kialakulásához hozták összefüggésbe . Bizonyítékok vannak arra, hogy a NEAT1 akár metasztázisok képződését is serkentheti [15] . A NEAT1 expressziójának növekedése és a paraspeckles számának növekedése összefüggésbe hozható stresszes állapotokkal, amelyekben rákos sejtek találhatók, azonban a paraspecklesnek onkogén szerepe is lehet. Prosztatarák esetén a paraspeckle és a NEAT1 expresszió növekedése a betegség agresszívabb formáinak felel meg. Azonban arra is van bizonyíték, hogy a paraspeckles elnyomja a daganatok kialakulását [2] .

A parapeckles különleges szerepet játszhat az idegrendszer működésében. Kimutatták, hogy egy epilepsziás rohamot követően a hosszú NEAT1 izoforma expressziója megnőtt az egér agyának egyes részein . A paraspeckles részt vehet az amyotrophiás laterális szklerózis kialakulásában [2] .

Bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy a NEAT1 szabályozhatja a gyulladásos folyamatot azáltal, hogy beindítja a paraspeckle képződést a makrofágokban [16] .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 A Nucleus, 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 RNA Meets Phase Separation.  (angol)  // Trends in biochemical sciences. - 2017. - doi : 10.1016/j.tibs.2017.12.001 . — PMID 29289458 .
3. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 275-276.
4. ↑ 1 2 A Nucleus, 2011 , p. 276.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 277.
6. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 277-278.
7. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 278-279.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 279.
9. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 279-280.
10. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 280.
11. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 281-284.
12. ↑ The Nucleus, 2011 , p. 284.
13. ↑ Yamamoto, K., Goyama, S., Asada, S., Fujino, T., Yonezawa, T., Sato, N., ... & Kitamura, T. (2021). Egy hiszton módosító, az ASXL1, kölcsönhatásba lép a NONO-val, és részt vesz a hematopoietikus sejtekben a paraspeckle képződésben. Archiválva : 2021. szeptember 26. a Wayback Machine -nél . Cell Reports, 36(8), 109576. PMID 34433054 doi : 10.1016/j.celrep.2021.109576
14. ↑ The Nucleus, 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. A nukleáris paraspeckle szerelvény 1. átirata elősegíti a hepatoblaszt metasztázisát és epitheliális-mezenchimális átmenetét sejteket a miR-129-5p gátlásával.  (angol)  // Onkológiai levelek. - 2017. - Kt. 14. sz. 5 . - P. 5773-5778. - doi : 10.3892/ol.2017.6995 . — PMID 29113206 .
16. ↑ Huang-Fu N. , Cheng JS , Wang Y. , Li ZW , Wang SH A Neat1 szabályozza az oxidált, kis sűrűségű lipoprotein által kiváltott gyulladást és a lipidfelvételt a makrofágokban paraspeckle képződésen keresztül.  (angol)  // Molekuláris medicina jelentések. - 2018. - Kt. 17. sz. 2 . - P. 3092-3098. - doi : 10.3892/mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Irodalom

• Razin S.V., Gavrilov A.A. A sejtmag funkcionális folyamatainak megszervezése: a rendellenességből kibontakozó rend  // A Moszkvai Egyetem közleménye. Ser. 16. Biológia. - 2015. - 3. sz . - S. 13-20 .
• Az atommag / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y .: Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 p. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

sejtmag
Nukleáris membrán / Nukleáris lamina	Nukleáris pórusok : Nukleoporinok ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nucleolus	Perinucleoláris rekesz ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
Egyéb	PML testek Paraspeckles Cajal -test ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 tekercs ) SMC fehérjék Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondenzin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH_ NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNS-javítás ( SMC5 SMC6 ) Átmeneti nukleáris fehérjék TNP1 TNP2 Kromatin nukleáris mátrix Nukleoplazma Nucleosol