Az Y-RNS-ek kicsi , nem kódoló RNS-ek , amelyek a Ro60 [1] és La fehérjéket tartalmazó ribonukleoproteinek részét képezik , amelyek az autoantitestek célpontjai szisztémás lupus erythematosusban [2] és Sjögren -szindrómában szenvedő betegeknél. [3] . A DNS-replikációhoz is nélkülözhetetlenek , mivel kölcsönhatásba lépnek a kromatinnal és az iniciátor fehérjékkel [4] [5] .
Az Y-RNS-eket először 1981-ben írták le. Emlőssejtek ( ember , egér és majom ) citoplazmájában azonosították őket , ezért nevezik őket a c y toplazmikus Y-RNS- nek, szemben a nukleáris RNS-sel (u-RNS from n u clear) [3] .
Az Y-RNS-t minden vizsgált gerincesben megtalálták , és minden faj egy-négy Y-RNS- gént tartalmaz , ami a gerincesek evolúciója során ezeknek a géneknek a megkettőződését és delécióját jelzi. Emberben négyféle Y-RNS létezik: hY1, hY3, hY4 és hY5. Korábban hY2-t is tartalmaztak, de később kiderült, hogy ez nem egy különálló Y-RNS típus, hanem a hY1 RNS elpusztításának terméke. Emberben mind a 4 Y-RNS gén egyetlen klasztert alkot a 7. kromoszómán a 7q36 lókusznál ; más gerinceseknél szintén egy klaszterbe csoportosulnak. Úgy tűnik, hogy az Y3 a legősibb a gerincesek Y-RNS-ei között [6] . Minden Y-RNS gént az RNS polimeráz III ír át a saját promóteréből . Kimutatták, hogy a kisméretű, nem kódoló fonálféreg RNS-ek , amelyeket sbRNS -ként ( stem-bulge ) ismernek , szerkezetükben és funkciójukban homológok a gerinces Y-RNS-sel. Ugyanakkor a Caenorhabditis elegans fonálféregnek egy megfelelő Y-RNS-e is van, a CeY-RNS [7] [8] . A gerincesek Y-RNS-eihez vagy fonálférgek sbRNS-eihez hasonló kisméretű, nem kódoló RNS-eket számos más eukarióta , például Chlamydomonas reinhardtii [6] , Anopheles gambiae és Bombyx mori rovarban , valamint a floridanchi ostoma lándzsában találtak . Hasonló RNS-ek megtalálhatók prokariótákban is , köztük a Deinococcus radioduransban , a Salmonella enterica szerovariánsban, Typhimuriumban, Mycobacterium smegmatisban és másokban. Ezek a bakteriális RNS-ek azonban még mindig jelentősen eltérnek a gerincesek Y-RNS-eitől, és nem homológok velük [3] .
Az Y-RNS molekulák 80-120 nukleotidból állnak, és jellegzetes hajtű másodlagos szerkezetük van . Az egyes Y-RNS molekulák 5' és 3' végei hibridizálnak, és két kétszálú szárrégiót képeznek, amelyeket egy kis belső hurok választ el. A leghosszabb hurok a hY1-nél, a legrövidebb a hY5-nél van. Az alsó és felső szár nukleotidszekvenciája erősen konzervált , míg a belső hurok szekvenciája nagymértékben eltér a különböző Y-RNS-ek között. Az alsó szár egy konzervatívan kiálló citozin maradékot tartalmaz , amely kulcsfontosságú az Ro60 fehérjéhez való kötődésben [6] . Ez az a hurok, amely kölcsönhatásba lép számos fehérjével, beleértve a nukleolint , a PTB-t és a ZBP1 -et . Kimutatták, hogy az Y-RNS 3'-végeinek stabilitása és feldolgozása a PARN exoribonukleáztól függ [9] . Mind a négy humán Y-RNS kölcsönhatásba lép az antivirális citidin-deaminázzal APOBEC3G , amely szintén része az Ro60-at és La-t tartalmazó ribonukleoproteineknek. Talán az APOBEC3G Y-RNS- t szerkeszt . A hurokdomén az Y-RNS és a nukleáris kromatin domén kölcsönhatásában is részt vesz. A hY5 kölcsönhatásba lép egy meghatározott fehérjekészlettel, ami azt jelzi, hogy funkciói eltérnek más Y-RNS-ektől – például kölcsönhatásba lép a riboszómális L5 és IFIT5 fehérjével. Ezenkívül a hY5 kölcsönhatásba lép az 5S rRNS -sel , túlnyomórészt kibontva [3] .
Kezdetben az Y-RNS-eket nem kódoló RNS-ekként írták le, amelyek az Ro60 fehérjéhez kötődnek, amely egy olyan antigén , amelyet a szisztémás lupus erythematosusban és Sjögren -szindrómában szenvedő betegek véréből származó antitestek ismernek fel . Az Ro60 gerincesekben konzervált; homológjait a legtöbb Metazoa -ban, valamint a bakteriális genomok 5%-ában (köztük a D. radiodurans és a Salmonella genomjában ) azonosították. Ezekben a szervezetekben az Ro60 homológok az Y-RNS-hez vagy hasonló RNS-hez kötődnek, és ribonukleoproteineket képeznek. Gerincesekben az Ro60 kölcsönhatásba lép az Y-RNS alsó szárdoménjével. Az La fehérje az Ro60-ból és Y-RNS-ből (RoRNP) álló ribonukleoproteinek egy részéhez kötődik. Szükséges az RNS polimeráz III által közvetített transzkripció megfelelő befejezéséhez, és a sejtmagban az újonnan szintetizált RNS-ek 3' terminális poliuridin végéhez kötődik. A legtöbb RNS ezt követően elveszíti poliuridin farkát, de az Y-RNS megtartja azt, és továbbra is kölcsönhatásba lép az La-val. Részt vesz az Y-RNS felhalmozódásában a sejtmagban, és megvédi azokat az exonukleázok általi pusztulástól [3] .
A RoRNP-k részt vesznek a nem kódoló RNS-ek minőségellenőrzésében, szabályozzák az RNS stabilitását, és egyes fajoknál részt vesznek a stresszre adott sejtválaszban. Sok fajban, köztük a Xenopus laevis békában , a C. elegans fonálféregben és a házi egerekben , az Ro60 hibás, nem kódoló RNS-ekhez kötődik, mint például a rosszul hajtogatott 5S rRNS-hez és az U2 kis nukleáris RNS -hez . A Ro60 homológot nem tartalmazó fonálférgek életképesek, de a kedvezőtlen körülmények elviselésére tervezett speciális lárvák képződése megszakad. UV-sugárzás hatására a RoRNP felhalmozódik az egér és a D. radiodurans sejtekben, és Ro60 hiányában csökken az UV-sugárzással szembeni ellenállásuk. A D. radiodurans -ban az Ro60 ortológ részt vesz a hőstressz által kiváltott rRNS -ek érésében és az éhezés által kiváltott rRNS lebontásban. Az Ro60 kötődése hibásan hajtogatott, nem kódoló RNS-ekhez nem szekvencia-specifikus, és úgy tűnik, hogy ez a fehérje sokféle RNS-hez tud kötődni. Emiatt a RoRNP-k intracelluláris stressz-érzékelőknek tekinthetők. Ro60 hiányában az Y-RNS szintje mind az eukarióta, mind a prokarióta sejtekben csökkent, ami valószínűleg azt jelenti, hogy az Ro60 stabilizálja az Y-RNS-t, amellyel kölcsönhatásba lép [3] .
Az Y-RNS részt vesz a kromoszómális DNS - replikáció megindításában , nevezetesen az új replikációs villák kialakításában. Ezekre azonban nincs szükség az elongációhoz és a replikációhoz, valamint magának a DNS-duplikációnak a folyamatához. Az Y-RNS-ek nem önmagukban, hanem fehérjék segítségével vesznek részt a DNS-replikáció megindításában. A DNS-replikáció megindításában való részvételhez az Y-RNS felső szárára van szükség, de nem a Ro60 és La fehérjék kötőhelyeire, és nem magukra ezekre a fehérjékre. Valójában az emberi sejtekben az Y-RNS körülbelül fele az Ro60 és La fehérjékkel alkotott komplexeken kívül létezik. Az Y-RNS RNS-interferencia általi megzavarása blokkolja a DNS-replikációt és az emlőssejtek proliferációját . Ebben az esetben a normál fenotípus visszaáll, amikor a hY1 RNS felső szárának megfelelő, rövid, kétszálú RNS-t juttatunk be az ilyen sejtekbe. Az Y-RNS morfolin oligonukleotidok általi inaktiválása X. laevis és Danio rerio halembriókban fejlődési leálláshoz és elhaláshoz vezet az embriogenezis korai szakaszában . Ezzel szemben az emberi daganatok túlzottan expresszálják az Y-RNS-t a normál szövetekhez képest . Az olyan organizmusok felső szárának Y-RNS-szekvenciája, mint a C. elegans , B. floridae és D. radiodurans , nagyon eltér a gerincesekétől, és ezek az Y-RNS-ek funkcionálisan nem helyettesíthetik az Y-RNS-eket az emberi sejtekben [3] .
Az a specifikus mechanizmus, amellyel az Y-RNS részt vesz a DNS-replikáció megindításában, nem ismert. Az Y-RNS azonban ismert, hogy kölcsönhatásba lép számos, a DNS-replikáció megindításában részt vevő fehérjével, beleértve az ORC replikációs origót felismerő komplexet , valamint az en , Cdt1 és DUE-B-t, de nem lép kölcsönhatásba a replikációs villa fehérjékkel. Fluoreszcensen jelzett Y-RNS-ek segítségével kimutatható volt, hogy az Y-RNS-ek emberben dinamikusan kölcsönhatásba lépnek a nem replikálódó kromatinnal a sejtciklus G1 fázisában , kolokalizálva számos DNS-replikációt indító fehérjével. A replikáció megkezdése után az Y-RNS-ek kiszorulnak a replikációs origóból, és nem mutathatók ki az aktív DNS- szintézis helyein [3] .
Az eukariótákban az Y-RNS biogenezise a sejtmagban kezdődik, de később az Y-RNS-ek más RNS-polimeráz III-as transzkriptumokhoz (tRNS-ek és pre-miRNS-ek) hasonlóan bejuthatnak a citoplazmába, vagy a sejtmagban maradhatnak, mint a kis nukleáris RNS -ek . Az Y-RNS relatív megoszlására vonatkozó kísérleti adatok a sejtmag és a citoplazma között ellentmondásosak, valószínűleg az alkalmazott módszerek miatt. A sejtfrakcionálással végzett kezdeti kísérletek azt mutatták, hogy a tenyészetben lévő emlőssejtekben és az X. laevis oocitákban az Y-RNS-ek túlnyomórészt vagy akár kizárólag a citoplazmában lokalizálódnak. Kimutattuk továbbá, hogy a hY1, hY3 és hY4 (és a megfelelő egérhomológok) a citoplazmában találhatók, míg a hY5 a sejtmagban halmozódik fel. Az in situ hibridizáció [ és az elektronmikroszkópia azonban kimutatta, hogy az Y-RNS-ek különálló klasztereket alkotnak a sejtmagban és a citoplazmában tenyésztett emberi sejtekben. A burjánzó emberi sejtekben a hY1, hY3 és hY5 a nucleolus szélén (a perinukleoláris kompartmentben ) is megtalálhatók. A fluoreszcensen jelölt Y-RNS-ek alkalmazása azt mutatta, hogy mind a négy humán Y-RNS dinamikusan kötődik a kromatinhoz a G1- S-fázisba való átmenet során . Ugyanakkor a hY1, a hY3 és a hY4 együtt lokalizálódnak, és főként az euchromatinhoz kapcsolódnak a replikáció korai szakaszában, míg a hY5 felhalmozódik a sejtmagban. Tekintettel arra, hogy a hY5 kölcsönhatásba lép az 5S rRNS-sel, és a sejtmagban lokalizálódik, feltételezhető, hogy részt vesz a riboszóma biogenezisében . Így nagy valószínűséggel az Y-RNS-ek az eukarióta sejtek sejtmagjában és citoplazmájában egyaránt jelen vannak, és relatív túlsúlyuk az egyik kompartmentben a kísérlet módszertanához kapcsolódik [3] .
Az Y-RNS exportja a sejtmagból a GTPáz Ran [en] részvételével történik, ezért az exportinek [ en nagy az Y-RNS transzportreceptoraiként működnek . Az Y-RNS alsó szár szerkezete nagyon hasonló más exportin-5 RNS szubsztrátokhoz, és kimutatták, hogy az exportin-5 kötődik a hY1 és Ran/GTP komplexhez. A hY1 alsó szár törlése zavarokat okoz a sejtmagból való exportjában. Az Y-RNS sejtmagba való visszatérésének mechanizmusa ismeretlen [3] .
Feltételezték, hogy emlőssejtekben az Y-RNS szabályozza az Ro60 intracelluláris lokalizációját. Ez a fehérje a sejtmagban és a citoplazmában egyaránt megtalálható, és kimutatták, hogy az Y-RNS befolyásolhatja a lokalizációját. Egérsejtekben az Y-RNS Ro60-hoz való kötődése azt okozza, hogy a nukleáris lokalizációs jele a komplex mélyén rejtőzik, így az RoRNP a citoplazmában marad [3] .
Az Y-RNS intracelluláris lokalizációja stressz körülmények között megváltozik. Egyes fajoknál az oxidatív stressz vagy az UV-sugárzásnak való kitettség után mind az Ro60, mind az Y-RNS felhalmozódik a sejtmagban, összhangban az RoRNP javasolt szerepével a celluláris stresszre adott válaszban. Az is lehetséges, hogy stressz körülmények között a Ran GTPáz aktivitása megszakad, ami komplexek felhalmozódásához vezet a sejtmagban [3] .
Emlősökben az Y-RNS-ek szelektíven csomagolhatók vírusrészecskékbe . Hasonló hatást mutattak ki a HIV - 1 és a Moloney egér leukémia vírus esetében is. Az Ro60 nem szükséges a virionokba való csomagoláshoz , és ez valószínűleg az Y-RNS biogenezisének korai szakaszában következik be, amikor még nem volt ideje elhagyni a sejtmagot. Az Y-RNS szerepe a vírusfertőzésben nem ismert [3] .
Northern blot segítségével az Y-RNS expresszióját felnőtt egerek különböző szöveteiben elemeztük. Az mY1 és mY3 expressziójának alapszintjét minden szövetben megfigyelték. Az Y-RNS legmagasabb szintjét az agyban, a tüdőben, a szívben, a gyomorban, a vesékben, a petefészkekben, a zsír- és izomszövetekben , a legalacsonyabbat pedig a májban, a belekben, a lépben, a bőrben és a vérben figyelték meg. Ugyanakkor az Y-RNS expressziós mintázata hasonló volt az Ro60-éhoz [6] .
Az eukarióta sejtekből izolált teljes RNS szekvenálása azt mutatta, hogy az apoptotikus állapotban lévő sejtek sok kis RNS-t halmoznak fel, amelyek Y-RNS fragmentumok. Ezek a kis RNS-ek azonban az Ro60-hoz és La-hoz kötődnek, és ezért láthatóan az alsó szárban ezekhez a fehérjékhez való kötődési helyek védettek a pusztulástól. Valószínűleg az apoptózis során a pusztulás fő célpontja a felső szár, amely részt vesz a DNS-replikáció megindításában. Az Y-RNS-származékok megtalálhatók az emlősök agyában, retinájában és más egészséges szöveteiben, valamint számos daganatban szaporodó sejtekben, mind a rákos, mind a nem rákos sejtekben. Néhányukat kezdetben tévesen új típusú miRNS -ként azonosították, amely teljes hosszúságú Y-RNS-ek feldolgozásából származik. Később azonban kiderült, hogy az Y-RNS-ekből kis RNS-ek más módon képződnek, mint a miRNS-ek. Ezenkívül az Y-RNS származékok, ellentétben a miRNS-ekkel, nem vesznek részt a géncsendesítésben . Kimutatták, hogy az emberek és más állatok vérében nagyszámú Y-RNS származék kering, mind vezikulák összetételében, mind szabad ribonukleoproteinek formájában. Az Y-RNS 3' és 5' végéből, valamint a tRNS 5' végéből képződő RNS-ek szintje szignifikánsan magasabb az emlőrákos betegek vérében, mint az egészségeseknél, így ezek az RNS-ek diagnosztikai értékűek legyenek.rák biomarkerekként . Teljes hosszúságú Y-RNS-eket és Y-RNS-származékokat azonosítottak az egér immunsejtek által termelt vezikulákban, és az Y-RNS-származékok az emberi sperma exoszómáinak RNS-komponensének jelentős részét teszik ki . Az exoszómákban EV-YF1 néven ismert Y-RNS fragmentum valószínűleg felhasználható az angiotenzin II infúziók által a szívre és a vesére gyakorolt negatív hatások minimalizálására [11] . Az 5'-YsRNS néven ismert Y-RNS egy fragmentuma valószínűleg biomarkerként szolgálhat a Sjögren-szindrómában [12] . Az Y-RNS származékok funkciója nem ismert, de részt vehetnek a sejtek közötti jelátvitelben [3] .
Az Y-RNS-eket legjobban a Deinococcus radiodurans baktériumban tanulmányozták . Ebben a baktériumban az Y-RNS szinte minden funkciója ilyen vagy olyan módon kapcsolódik az Rsr néven ismert Ro60 homológhoz. Például az Y-RNS Rsr kölcsönhatást közvetít az exoribonukleáz polinukleotid foszforilázzal . Az Y-RNS és az Rsr közvetítik az UV-sugárzásra adott sejtválaszt. A Salmonella enterica Typhimurium szerovariánsban az Y-RNS-ek szintén szoros kölcsönhatásba lépnek az Rsr-vel. A Salmonella Y-RNS homológjainak keresése kimutatta, hogy az Y-RNS-ek nagyon elterjedtek a baktériumok között, és egyes bakteriofágok genomja is kódolja őket . Néhány bakteriális Y-RNS szerkezeti hasonlóságot is mutat a tRNS-ekkel. Az Y-RNS széles körben elterjedt elterjedése a nem rokon baktériumok között arra utal, hogy a legtöbb fajban az Y-RNS géneket horizontális géntranszfer segítségével szerezték be [13] .
Az Y-RNS túlzott expressziója néhány humán daganatra jellemző, és szükséges a sejtproliferációhoz [14] . Emellett az Y-RNS lebomlása során keletkező kis mikroRNS méretű fragmentumok szerepet játszhatnak az autoimmun betegségek és néhány egyéb kóros állapot kialakulásában [15] .
| Az RNS típusai | |
|---|---|
| Fehérje bioszintézis | |
| RNS feldolgozás |
|
| A génexpresszió szabályozása |
|
| cisz-szabályozó elemek | |
| Parazita elemek | |
| Egyéb |
|
| Nukleinsav típusok | ||||
|---|---|---|---|---|
| Nitrogéntartalmú bázisok | ||||
| Nukleozidok | ||||
| Nukleotidok | ||||
| RNS | ||||
| DNS | ||||
| Analógok | ||||
| Vektor típusok |
| |||
| ||||