Wie bestimmte Proteine ​​zur Bildung einer RNA-Klasse beitragen, die für den Schutz des untersuchten Genoms entscheidend ist

Sie kennen wahrscheinlich RNA, das Molekül, das eine wichtige Rolle bei der Proteinproduktion und der Kontrolle der Genexpression spielt. Vielleicht sind Sie jedoch weniger mit PIWI-interagierender RNA (piRNA) vertraut, einer speziellen Art von RNA, die das Genom vor Mutationen schützt. Jetzt haben Forscher in Japan Aufschluss darüber gegeben, wie diese entscheidenden Moleküle durch die Dynamik mehrerer assoziierter Proteine ​​in der Keimbahn der Fruchtfliege Drosophila melanogaster gebildet werden.

In einer neuen Studie haben Forscher der Universität Osaka geklärt, wie die Proteine ​​Tejas (Tej), Vasa (Vas) und Spindle-E (Spn-E) zur Bildung von piRNAs beitragen, die in den Gonaden vorkommen und zum Schutz des Genoms beitragen durch Mutationen oder Deletionen verursacht durch Transposons, die über Fortpflanzungszellen weitergegeben werden können. Der Artikel „Tejas fungiert als Kernkomponente bei der Nuage-Assemblierung und Vorläuferverarbeitung in der piRNA-Biogenese von Drosophila“ wurde in veröffentlicht Zeitschrift für Zellbiologie.

In Drosophila erscheinen piRNAs zunächst als lange Sequenzen, sogenannte Vorläufertranskripte, die in membranlosen Zellkompartimenten namens „Nuage“ verarbeitet und in ihre kürzeren Formen als funktionelle piRNAs umgewandelt werden. Diese Nuage besteht aus den Wechselwirkungen von RNA-verarbeitenden Proteinen, Proteinen der PIWI-Familie und einer Gruppe von Proteinen, die als Tudor-Domain-Containing (Tdrd)-Proteine ​​bekannt sind.

Davon wurde zuvor gezeigt, dass Tej, ein Tdrd-Protein, eine Schlüsselrolle im piRNA-Signalweg spielt, wobei in Abwesenheit von Tej eine deutliche Reduzierung der piRNAs beobachtet wurde. Allerdings ist die Rolle, die Tej bei der Erzeugung von piRNA spielt, nicht vollständig geklärt. Das Forschungsteam wollte die molekulare Funktion von Tej während der piRNA-Biogenese untersuchen.

„Wir haben zunächst die detaillierte Funktion von Tej im Eierstock von Drosophila untersucht und bestätigt, dass Tej an der Verarbeitung von Vorläufertranskripten mit zwei RNA-verarbeitenden Helikasen beteiligt ist: Vas und Spn-E im Nuage“, erklärt der Hauptautor der Studie Lin Yuxuan. „In den mutierten Keimzellen, denen Tej fehlt, haben wir beobachtet, dass Vas und Spn-E im Nuage nicht richtig zusammengesetzt sind, was darauf hindeutet, dass Tej eine entscheidende Rolle bei der Rekrutierung von Vas und Spn-E für das Nuage spielt.“

Durch die Generierung von Varianten von Tej, denen bestimmte Regionen des Proteins fehlen, konnten die Forscher identifizieren, welche Bereiche von Tej für die Interaktion mit Spn-E und die Modulation der Mobilität von Vas entscheidend sind. Sie fanden heraus, dass eine bestimmte Region, die sogenannte „Spn-E-Rekrutierungsstelle“, zur Rekrutierung und Aufrechterhaltung von Spn-E im Nuage beiträgt. Eine weitere unterschiedliche Region, die als intrinsisch ungeordnete Region bekannt ist, beeinflusst sowohl die Fähigkeit von Vas, sich innerhalb der Nuage zu bewegen, als auch die Dynamik anderer Komponenten der Nuage.

„Unsere Studie zeigt, dass Tej eine Schlüsselkomponente der Nuage-Bildung und der piRNA-Verarbeitung ist“, sagt der leitende Autor Kai Toshie. „Durch die Rekrutierung von Vas und Spn-E erleichtert Tej die Nuage-Bildung und ermöglicht so die Verarbeitung von piRNA-Vorläufer-Transkripten in ihre reifen, funktionellen Formen.“

Es ist bekannt, dass eine Störung der piRNA-Bildung zu Unfruchtbarkeit führt. Die Einblicke des Forschungsteams in die durch Tej vermittelte Bildung von Nuage und piRNA-Prozessierung in der Keimbahn von Drosophila könnten dazu beitragen, die Mechanismen aufzudecken, die Fortpflanzungsstörungen, einschließlich Unfruchtbarkeit, zugrunde liegen, und könnten zur Entwicklung neuer Fruchtbarkeitsmedikamente beitragen.