Paraprickar

Paraspeckles , eller paraspeckles , är en  klass av nukleära kroppar belägna i det interkromatiska utrymmet av cellkärnan i däggdjursceller . De består av proteiner och RNA och bildas genom interaktion av ett långt icke-kodande RNA, känt som NEAT1 / Men ε / β , och proteiner från DBHS-familjen (från engelskan Drosophila Behavior Human Splicing ), nämligen P54NRB / NONO , PSPC1 och PSF/SFPQ. Paraspäckar spelar en viktig roll i regleringen av genuttryck och tillhandahåller retention i kärnan av RNA- molekyler som innehåller dubbelsträngade regioner och utsätts för adenosin → inosin (A → I) redigering . Genom att reglera genuttryck , är paraprickles involverade i processer som celldifferentiering , svar på stress och förloppet av virusinfektioner [1] . Det finns bevis på en koppling mellan paraspeckle och cancer och sjukdomar i nervsystemet [2] .  

Studiens historia

Paraspäckar upptäcktes 2002 av Andersen och kollegor när de studerade proteomet hos renade mänskliga nukleoler med hjälp av masspektrometri . Under studien isolerades 271 proteiner, varav 30 % tidigare var okända. En mer detaljerad studie av ett av dessa nyupptäckta proteiner visade att det inte ackumuleras i nukleolerna alls, utan är diffust lokaliserat i nukleoplasman , men starkt koncentrerat i 5-20 kärnhärdar. Det visade sig att dessa foci inte överlappar med någon av de tidigare kända kärnkropparna, och de kallades "paraspeckles" på grund av deras läge nära andra kärnkroppar - speckle . Proteinet i sig fick namnet PSPC1 (från engelskan. Paraspeckle Protein 1 ) [1] .  

Struktur

Paraspäckar är små kroppar av oregelbunden form. Beroende på celltyp finns det vanligtvis 5 till 20 paraprickar i kärnan. En studie med elektron- och fluorescensmikroskopi har visat att mänskliga paraprickar är cirka 360 nm breda (något mindre hos möss) och 1 till 2 µm långa . Förekomsten av paraspäckar har tillförlitligt visats endast för däggdjursceller. Hos människor saknas paraspäckar i embryonala stamceller och inducerade pluripotenta stamceller . Ortologer av nyckelparaspeckle-proteiner finns i andra ryggradsdjur och ryggradslösa djur , men det långa icke-kodande NEAT1 -RNA:t som är nödvändigt för bildandet av paraspäcklar finns endast hos däggdjur, vilket tydligen är orsaken till frånvaron av paraprickles i andra organismers kärnor . Antalet och längden av paraprickar är proportionella mot nivån av uttryck av den långa NEAT1 isoformen [3] [2] .

Nyligen genomförda studier med elektronmikroskopi och ultrahögupplösningsmikroskopi har visat att paraspäckar är kedjor av sammansmälta sfäriska underavdelningar, var och en med en kärna och skal. 5'- och 3'-ändarna av den långa NEAT1- isoformen är lokaliserade i skalet, medan resten av molekylen är belägen i kärnan. Olika paraspeckle-proteiner är också lokaliserade i olika delar av paraspeckle [2] .

Paraspäckar finns i interkromatinutrymmet, inklämda mellan större nukleära prickar och kromatin . Det har visats att RNA-polymeras II är inaktivt inuti paraspeckle, och transkription förmedlad av detta enzym sker endast vid kanten av paraspeckle [4] .

Förhållandet mellan paraspeckle och nukleolus är ännu inte helt förstått, men ett av nyckelparaspeckle-proteinerna, PSPC1, kan röra sig mellan paraspeckle och nucleolus. Dessutom, när arbetet med RNA-polymeras II undertrycks, är paraspeckle-proteiner lokaliserade i speciella perinukleolära lock [4] .

Komponenter

Över 40 olika proteiner [2] och RNA ackumuleras i stora mängder i paraprickar. De flesta paraspeckle-proteiner är associerade med RNA-polymeras II-medierad transkription och RNA-bearbetning . En av de två RNA:n som ackumuleras i paraspäckar kallas Ctn och är involverad i regleringen av genuttryck genom att hålla RNA:n i kärnan. Det andra RNA:t kallas NEAT1 och spelar en arkitektonisk roll, vilket är nödvändigt för bildandet och underhållet av paraspeckle-strukturen. Huvudkomponenterna i en paraspeckle listas i tabellen nedan [5] .

Ekorrar

De viktigaste paraspeckle-komponenterna är tre proteiner i DBHS-familjen: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB och PSPC1. De är lokaliserade i nukleoplasman och paraspäckarna. PSPC1-proteinet används oftast som markör för paraspeckle, eftersom det ackumuleras i mindre utsträckning i nukleoplasman. De två N-terminala RNA-bindande motiven och det C-terminala lindade spolmotivet [ i dessa proteiner är 50 % identiska i sekvensen .  Dessa proteiner spelar en viktig strukturell roll i paraspeckles: till exempel, knockdown av P54NRB- och PSF-proteiner i HeLa-celler resulterar i paraspeckle-förlust. Jämfört med P54NRB och PSF, är PSPC1 inte lika rikligt uttryckt och dess nedbrytning leder inte till paraspeckle-förlust. Dessa tre proteiner interagerar med varandra och kommer sannolikt att hittas inuti celler som antingen homo- eller heterodimerer . Interaktion med varandra utförs genom ett bispiralmotiv. Lokalisering av dessa proteiner i paraspäcklar kräver både domäner som innehåller C-terminala lindade motiv och RNA-bindande domäner. Medlemmar av DBHS-familjen binder enkel- och dubbelsträngade DNA- och RNA-molekyler och är involverade i många steg i RNA- syntes och -bearbetning. Dessutom binder och behåller PSF och P54NRB transkript inuti kärnan som har genomgått intensiv redigering av adenosin → inosin. De fungerar också i cytoplasman , till exempel är PSF och P54NRB en del av de RNA-bärande granulerna i dendriter , men endast P54NRB kan aktivt transporteras från kärnan till cytoplasman. Intressant nog är P54NRB involverad i regleringen av dygnsrytmer hos däggdjur [6] .

Paraspeckle-proteiner är de proteiner som kolokaliserar vid vissa nukleära loci tillsammans med proteiner från DBHS-familjen, men det allmänna mönstret för lokalisering av dessa proteiner kan variera avsevärt. Till exempel kan CFIM68-proteinet observeras i paraspäckar, men det förekommer också i nukleära fläckar; samtidigt detekteras RNA-polymeras II, förutom paraprickles, i kromatin- och nukleära fläckar. Slutligen finns vissa proteiner i paraspäcklar endast under överuttrycksförhållanden, såsom BCL11A, WTX, WT1(+KTS) och CoAA [7] .

Paraspeckle-proteiner utanför DBHS-familjen är vanligtvis transkriptionsfaktorer eller transkriptionskoregulatorer. CoAA fungerar som en transkriptionell coactivator som reglerar steroidhormonreceptormedierad transkription och alternativ splitsning . WTX är en transkriptionell samregulator och tumörsuppressor; den samaktiverar transkriptionen av WT1-proteinet, som också kan lokaliseras i paraspäckar. SOX9 är en transkriptionsfaktor som spelar en avgörande roll vid benbildning . Den interagerar direkt med P54NRB, och dess överuttryck leder till en förändring i lokaliseringen av P54NRB och PSPC1. BCL11A är en transkriptionsfaktor som har varit inblandad i utvecklingen av B-cellslymfom leukemier. Klyvningsfaktorn CFIM68 krävs för det första steget i bearbetningen av 3'-änden av pre-mRNA:t [8] .

NONO- och SFPQ-proteinerna är strikt nödvändiga för paraspeckle-bildning. Dessutom resulterar knockdown av proteiner som HNRNPK, DAZAP1, FUS, RBM14 och HNRNPH3 i frånvaro av paraspeckle [2] .

RNA

Innan beskrivningen av de specifika RNA som utgör paraspäcklar fanns det ett antal bevis för att paraspeckles verkligen innehåller RNA förutom proteiner. Först förstörs paraspäckar när celler behandlas med RNas . För det andra innehåller alla de viktigaste paraspeckle-proteinerna RNA-bindande motiv; dessutom är alla dessa proteiner på något sätt involverade i RNA-bearbetning. För det tredje krävs den RNA-bindande domänen av detta protein för lokaliseringen av PSPC1 i paraprickles. Slutligen försvinner paraspäckar när transkription medierad av RNA-polymeras II undertrycks och dyker upp igen när transkriptionen återupptas. Två RNA är kända som är en del av paraspeckle: Ctn och NEAT1/Men ε/β [9] .

Ctn var det första paraspeckle-RNA som upptäcktes och beskrevs 2005. Det är ett musspecifikt transkript med en poly(A)-svans som läses från mCAT2- lokuset . Ctn inkluderar alla exoner av CAT2-transporterproteinet, men till skillnad från mRNA för detta protein syntetiseras Ctn från en annan promotor och har en längre 3'-otranslaterad region (3'-UTR). Ctn är lokaliserad inte bara i paraprickles, utan också i nukleoplasman. 3'-UTR av detta RNA utsätts för intensiv redigering A → I, och inverterade upprepningar redigeras, på grund av vilka dubbelsträngade regioner bildas i RNA-strukturen. Paraspeckle-protein P54NRB binder till inosin i RNA, som också binder till Ctn in vivo . Förmodligen på grund av proteinbindning förblir Ctn-paraspäcket i paraspeckle snarare än att exporteras till cytoplasman. Under påverkan av ett antal stresssignaler skärs 3'-UTR av Ctn , och mängden av detta RNA i kärnan minskar [10] .

År 2009 upptäckte flera grupper av forskare oberoende av varandra ett andra paraspeckle-RNA, NEAT1 . Detta långa icke-kodande RNA är väsentligt för bildandet och upprätthållandet av paraspecklets strukturella integritet. Två varianter av NEAT1 är kända , som skiljer sig i längd; den långa isoformen [2] spelar en strukturell roll i paraprickles . Intressant nog genomgår den långa isoformen av NEAT1 klyvning mycket nära 3'-änden, vilket resulterar i en mycket kort tRNA -liknande RNA-molekyl . Nedbrytning av NEAT1 leder till fullständig förlust av paraspeckle, och överuttryck av detta RNA leder till en ökning av antalet paraspeckle i vissa cellinjer . Dessutom bildas paraspäckar nära NEAT1- generna . Uppenbarligen, som i fallet med Ctn , är lokaliseringen av NEAT1 i paraspäcklar associerad med interaktion med proteiner från DBHS-familjen, även om NEAT1 inte utsätts för A → I-redigering. Förändringar i mängden NEAT1 i cellen kan användas för att bedöma funktionen av paraspeckle. Mänskliga embryonala stamceller, såväl som inducerade pluripotenta stamceller [2] , uttrycker inte NEAT1 och har inte paraspäckar, trots uttrycket av DBHS-proteiner, men paraspeckles dyker upp i början av differentieringen. Dessutom, med uppkomsten av paraspeckle, ökar ackumuleringen i kärnan av mRNA som utsätts för A → I-redigering [11] .

Formation

Enligt den nuvarande modellen börjar paraspeckle-bildning med bildandet av NEAT1- transkript i dottercellers kärnor kort efter celldelningen. Strax efter syntes bildar NEAT1- molekyler komplex med DBHS-proteiner, och NEAT1- transkript har inte tid att förflytta sig från sitt locus. De bildade paraspäcklarna består troligen av många NEAT1-komplex med DBHS- proteiner och är ganska dynamiska: individuella molekyler av DBHS-proteiner kan gå in i nukleoplasman och tillbaka. Det är troligt att förmågan hos DBHS-proteiner att oligomerisera, såväl som interaktioner direkt mellan NEAT1 RNA-molekylerna själva, är involverade i bildandet av paraspäckar . I frånvaro av NEAT1 kan paraspäcklar inte behålla sin strukturella integritet och omformas inte [12] . Enligt de senaste uppgifterna är  vätske-vätskefasseparation involverad i bildandet av paraspeckle [ 2] . De fasseparerade dropparna bildas av ASXL1 polycomb- proteinet , vilket ytterligare förbättrar NEAT1-uttrycket och förbättrar NONO -NEAT1- interaktioner [13]

Funktioner

Den huvudsakliga funktionen av paraspeckles är att i kärnan behålla mRNA som innehåller dubbelsträngade regioner som bildats med hjälp av inverterade upprepningar och som utsätts för adenosin → inosin redigering. Retentionen av RNA i kärnan är associerad med det cellulära svaret på stress, virusinfektioner och upprätthållandet av dygnsrytmer. Tydligen är paraspäckar involverade i cellomprogrammering som sker under differentiering; kanske genom att behålla RNA i kärnan, förändrar paraspäckar uttrycket av nyckelproteiner. Frånvaron av NEAT1 och paraspeckle skulle potentiellt kunna fungera som en markör för pluripotens . Paraspeckle-proteinet CFIM68 kan reglera frisättningen av RNA från kärnan genom att införa snitt i RNA:t [14] .

Paraspäckar kan selektivt ackumulera vissa proteiner inom sig själva, vilket leder till en minskning av koncentrationen av dessa proteiner på andra ställen. Detta kan i sin tur påverka uttrycket av ett antal gener [2] .

Enligt nyare data kan paraspeckles lokaliseras direkt vid transkriptionsstartställena för aktivt transkriberade gener. Paraspeckle-proteinerna SFPQ och NONO är involverade i miRNA- bearbetning , och ackumuleringen av dessa proteiner i paraspeckle främjar effektiv mikroRNA-bearbetning [2] .

Fysiologisk och klinisk betydelse

Paraspeckles och NEAT1 är inte strikt nödvändiga för utveckling av däggdjur under normala förhållanden, eftersom möss som saknar NEAT1 är livskraftiga. Hos vissa honor av dessa möss har dock avvikelser i bildningen och funktionen av äggstockarnas sekretoriska körtlar och gulkroppen observerats , vilket minskar fertiliteten . Det är möjligt att paraspäckar utför någon evolutionärt konservativ funktion i cellerna i de sekretoriska strukturerna i det kvinnliga däggdjursreproduktionssystemet: till exempel har opossum välformade paraspäckar i cellerna i livmoderkörtlarna. Det är konstigt att sådana effekter inte observerades hos alla knockout- honor, utan bara hos vissa, vilket kan associeras med behovet av paraspeckle-funktion under stressiga miljöförhållanden [2] .

Uttrycksnivån av den långa isoformen av NEAT1 ökar när en cell infekteras med vissa RNA-innehållande virus , såsom japanskt encefalitvirus , rabies , HIV , influensavirus och Hantaan-virus , såväl som DNA-innehållande herpes simplex-virus . I de flesta fall är denna ökning en försvarsmekanism. En ökning av antalet paraspäckar leder till ackumulering i dem av ett stort antal proteiner som viruset inte kan använda för sin reproduktion, samt en förändring i uttrycket av ett antal gener [2] .

I fallet med cancer kan NEAT1- uttryck nedregleras, uppregleras jämfört med normal vävnad eller förbli oförändrad. Mutationer i NEAT1 -genen har kopplats till utvecklingen av lever- och bröstcancer . Det finns bevis för att NEAT1 till och med kan stimulera bildandet av metastaser [15] . En ökning av NEAT1- uttryck och en ökning av antalet paraspäckar kan vara förknippade med stressiga tillstånd där cancerceller finns, men paraspäckar kan också ha en onkogen roll. När det gäller prostatacancer motsvarar en ökning av paraspeckle och NEAT1- uttryck mer aggressiva former av sjukdomen. Men det finns också bevis för att paraprickles kan undertrycka utvecklingen av tumörer [2] .

Paraspäckar kan spela speciella roller i nervsystemets funktion. Det visades att, efter ett epileptiskt anfall, ökade uttrycket av den långa NEAT1- isoformen i vissa delar av mushjärnan . Paraspäckar kan vara involverade i utvecklingen av amyotrofisk lateralskleros [2] .

Det finns bevis för att NEAT1 kan reglera den inflammatoriska processen genom att utlösa paraspeckle-bildning i makrofager [16] .

Anteckningar

1. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , sid. 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.  (engelska)  // Trender inom biokemiska vetenskaper. - 2017. - doi : 10.1016/j.tibs.2017.12.001 . — PMID 29289458 .
3. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 275-276.
4. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , sid. 276.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 277.
6. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 277-278.
7. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 278-279.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 279.
9. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 279-280.
10. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 280.
11. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 281-284.
12. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 284.
13. ↑ Yamamoto, K., Goyama, S., Asada, S., Fujino, T., Yonezawa, T., Sato, N., ... & Kitamura, T. (2021). En histonmodifierare, ASXL1, interagerar med NONO och är involverad i paraspeckle-bildning i hematopoetiska celler Arkiverad 26 september 2021 på Wayback Machine . Cell Reports, 36(8), 109576. PMID 34433054 doi : 10.1016/j.celrep.2021.109576
14. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 284-285.
15. ↑ Fu MC , Yuan LQ , Zhang T. , Yan XM , Zhou Y. , Xia HL , Wu Y. , Xu LX , Cao X. , Wang J. Nuclear paraspeckle assembly transcript 1 främjar metastasering och epitelial-mesenkymal övergång av hepatelial-mesenkymal övergång celler genom att hämma miR-129-5p.  (engelska)  // Onkologibrev. - 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 reglerar oxiderad low-density lipoprotein-inducerad inflammation och lipidupptag i makrofager via paraspeckle-bildning.  (engelska)  // Molecular medicine reports. - 2018. - Vol. 17, nr. 2 . - P. 3092-3098. - doi : 10.3892/mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Litteratur

• Razin S.V., Gavrilov A.A. Organisation av funktionella processer i cellkärnan: ordning som uppstår från störning  // Bulletin of Moscow University. Ser. 16. Biologi. - 2015. - Nr 3 . - S. 13-20 .
• Kärnan / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y. : Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 sid. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

cellkärnan
Kärnmembran / Nukleär lamina	Kärnporer: Nukleoporiner ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nukleolus	Perinukleolärt fack ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
Övrig	PML-kroppar Paraprickar Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 spiral ) SMC-proteiner Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNA-reparation ( SMC5 SMC6 ) Övergångsnukleära proteiner TNP1 TNP2 Kromatin kärnkraftsmatris Nukleoplasma Nukleosol