Y-RNA är små icke-kodande RNA som ingår i ribonukleoproteiner som innehåller Ro60 [1] och La proteiner , som är målet för autoantikroppar hos patienter som lider av systemisk lupus erythematosus [2] och Sjögrens syndrom [3] . De är också viktiga för DNA-replikation eftersom de interagerar med kromatin och initiatorproteiner [4] [5] .
Y-RNA beskrevs först 1981. De har identifierats i cytoplasman hos däggdjursceller ( människa , mus och apa ) , vilket är anledningen till att de kallas Y-RNA från c y toplasmic i motsats till nukleärt RNA (U-RNA från n u clear) [3] .
Y-RNA hittades i alla studerade ryggradsdjur , och varje art har från en till fyra Y-RNA- gener , vilket indikerar duplikationer och deletioner av dessa gener under utvecklingen av ryggradsdjur. Det finns fyra typer av Y-RNA hos människor: hY1, hY3, hY4 och hY5. Tidigare har de även inkluderat hY2, men senare visade det sig att detta inte är en separat typ av Y-RNA, utan en produkt av förstörelsen av hY1 -RNA . Alla 4 Y-RNA-gener hos människor bildar ett enda kluster på den 7:e kromosomen vid 7q36- lokuset ; hos andra ryggradsdjur är de också grupperade i ett kluster. Y3 verkar vara den äldsta bland Y-RNA från ryggradsdjur [6] . Varje Y-RNA-gen transkriberas av RNA-polymeras III från sin egen promotor . Det har visats att små icke-kodande nematod -RNA , kända som sbRNA ( stam-bulge ) är homologa i struktur och funktion för Y-RNA från ryggradsdjur. Samtidigt har nematoden Caenorhabditis elegans också ett riktigt Y-RNA, CeY-RNA [7] [8] . Små icke-kodande RNA som liknar Y-RNA från ryggradsdjur eller nematod-sbRNA har hittats i många andra eukaryoter , såsom protisten Chlamydomonas reinhardtii [6] , insekterna Anopheles gambiae och Bombyx mori och lansletten Branchiostoma floridae . Liknande RNA finns också i prokaryoter , inklusive Deinococcus radiodurans , Salmonella enterica serovar Typhimurium, Mycobacterium smegmatis och andra. Men dessa bakteriella RNA skiljer sig fortfarande väsentligt från Y-RNA från ryggradsdjur och är inte homologa med dem [3] .
Y-RNA-molekyler består av 80-120 nukleotider och har en karakteristisk sekundär hårnålsstruktur . 5'- och 3'-ändarna av varje Y-RNA- molekyl hybridiserar för att bilda två dubbelsträngade stamregioner separerade av en liten inre slinga. Den längsta slingan är vid hY1, den kortaste är vid hY5. Nukleotidsekvenserna för de nedre och övre stammarna är mycket konserverade , medan sekvenserna för den inre slingan varierar mycket mellan olika Y-RNA. Den nedre stammen bär en konservativt utskjutande cytosinrest , som är en nyckelrest som är involverad i bindning till Ro60-proteinet [6] . Det är slingan som interagerar med en mängd olika proteiner, inklusive nukleolin , PTB och ZBP1 . Det har visats att stabiliteten och bearbetningen av 3'-ändarna av Y-RNA beror på exoribonukleaset PARN [9] . Alla fyra humana Y-RNA interagerar med det antivirala cytidindeaminaset APOBEC3G , som också är en del av ribonukleoproteiner som innehåller Ro60 och La. Kanske APOBEC3G redigerar Y-RNA. Slingdomänen är också involverad i interaktionen av Y-RNA med nukleära kromatindomäner. hY5 interagerar med en specifik uppsättning proteiner, vilket indikerar att dess funktioner skiljer sig från andra Y-RNA - till exempel interagerar det med det ribosomala proteinet L5 och IFIT5. Dessutom interagerar hY5 med 5S rRNA , huvudsakligen ovikt [3] .
Inledningsvis beskrevs Y-RNA som icke-kodande RNA som binder till Ro60-proteinet, vilket är ett antigen som känns igen av antikroppar från blodet hos patienter med systemisk lupus erythematosus och Sjögrens syndrom . Ro60 är bevarat i ryggradsdjur, dess homologer har identifierats i de flesta Metazoa , såväl som i 5% av bakteriegenom (bland dem genomen från D. radiodurans och Salmonella ). I alla dessa organismer binder Ro60-homologer till Y-RNA eller liknande RNA för att bilda ribonukleoproteiner. Hos ryggradsdjur interagerar Ro60 med den nedre stamdomänen av Y-RNA. La-proteinet binder till en del av ribonukleoproteiner som består av Ro60 och Y-RNA (RoRNP). Det krävs för korrekt avslutning av RNA-polymeras III-medierad transkription och binder till den 3'-terminala av nysyntetiserade RNA i kärnan. De flesta RNA:n förlorar därefter sin polyuridinsvans, men Y-RNA:n behåller den och fortsätter att interagera med La. Det är involverat i ackumuleringen av Y-RNA i kärnan och skyddar dem från förstörelse av exonukleaser [3] .
RoRNPs är involverade i kvalitetskontrollen av icke-kodande RNA, reglerar RNA-stabilitet och är i vissa arter involverade i det cellulära svaret på stress. I många arter, inklusive grodan Xenopus laevis , nematoden C. elegans och husmusen , binder Ro60 till defekta icke-kodande RNA såsom felvikt 5S rRNA och U2 litet nukleärt RNA . Nematoder som saknar Ro60-homologen är livskraftiga, men deras bildning av en speciell larver som är utformade för att uthärda ogynnsamma förhållanden störs. Under inverkan av UV-strålning ackumuleras RoRNP i mus- och D. radiodurans- celler, och i frånvaro av Ro60 minskar deras motståndskraft mot UV-strålning. I D. radiodurans är Ro60- ortologen involverad i mognaden av värmestressinducerad rRNA och svältinducerad rRNA -nedbrytning. Bindningen av Ro60 till felveckade icke-kodande RNA är icke-sekvensspecifik och det verkar som att detta protein kan binda till en mängd olika RNA. Av denna anledning kan RoRNPs betraktas som intracellulära stresssensorer. I frånvaro av Ro60 minskade nivån av Y-RNA i både eukaryota och prokaryota celler, vilket förmodligen innebär att Ro60 stabiliserar Y-RNA som det interagerar med [3] .
Y-RNA är involverat i initieringen av kromosomal DNA- replikation , nämligen i bildandet av nya replikationsgafflar. De behövs dock inte för förlängning och replikation och själva processen för DNA-duplicering som sådan. Y-RNA är involverade i initieringen av DNA-replikation inte av sig själva, utan med hjälp av proteiner. För att delta i initieringen av DNA-replikation krävs den övre stammen av Y-RNA, men inte bindningsställena för Ro60- och La-proteinerna, och inte dessa proteiner i sig. Faktum är att ungefär hälften av Y-RNA i mänskliga celler existerar utanför komplex med Ro60- och La-proteiner. Störning av Y-RNA av RNA-interferens blockerar DNA-replikation och proliferation av däggdjursceller. I detta fall återkommer den normala fenotypen när ett kort dubbelsträngat RNA som motsvarar den övre stammen av hY1-RNA:t introduceras i sådana celler. Y-RNA-inaktivering av morfolinoligonukleotider i X. laevis och Danio rerio fiskembryon leder till utvecklingsstopp och död i tidiga skeden av embryogenes . Däremot överuttrycker humana tumörer Y-RNA jämfört med normala vävnader . Y-RNA-sekvenserna i den övre stammen av organismer som C. elegans , B. floridae och D. radiodurans skiljer sig mycket från ryggradsdjurens sekvenser, och dessa Y-RNA kan inte funktionellt ersätta Y-RNA i mänskliga celler [3] .
Den specifika mekanismen genom vilken Y-RNA är involverad i initieringen av DNA-replikation är okänd. Y-RNA är dock känt för att interagera med flera proteiner som är involverade i initieringen av DNA-replikation, inklusive ORC-replikationsursprunget igenkänningskomplexet , såväl som en , Cdt1 och DUE-B, men interagerar inte med replikationsgaffelproteiner. Med hjälp av fluorescensmärkta Y-RNA, var det möjligt att visa att hos människor interagerar Y-RNA dynamiskt med icke-replikerat kromatin i G1-fasen av cellcykeln , samlokaliseras med flera DNA-replikationsinitieringsproteiner. När replikeringen väl har börjat förskjuts Y-RNA från replikationsursprunget och detekteras inte vid ställen för aktiv DNA- syntes [3] .
I eukaryoter börjar Y-RNA- biogenes i kärnan, men senare kan Y-RNA komma in i cytoplasman, som andra RNA-polymeras III-transkript (tRNA och pre-miRNA), eller stanna kvar i kärnan, som små nukleära RNA . Experimentella data om den relativa fördelningen av Y-RNA mellan kärnan och cytoplasman är motsägelsefulla, möjligen på grund av de använda metoderna. Inledande experiment med cellfraktionering visade att i däggdjursceller i kultur och X. laevis oocyter , är Y-RNA lokaliserade övervägande eller till och med uteslutande i cytoplasman. Vidare visades att hY1, hY3 och hY4 (och motsvarande mushomologer) finns i cytoplasman, medan hY5 ackumuleras i kärnan. In situ hybridisering [ och elektronmikroskopi har dock visat att Y-RNA bildar diskreta kluster i både kärnan och cytoplasman i odlade mänskliga celler. I prolifererande mänskliga celler finns hY1, hY3 och hY5 också vid kanten av nukleolen (i det perinukleolära utrymmet ). Användningen av fluorescensmärkta Y-RNA visade att alla fyra humana Y-RNA binder dynamiskt till kromatin under G1-till- S-fasövergången . Samtidigt är hY1, hY3 och hY4 lokaliserade tillsammans och associerade huvudsakligen med eukromatin vid de tidiga replikationsstadierna, medan hY5 ackumuleras i nukleolen. På grund av det faktum att hY5 interagerar med 5S rRNA och är lokaliserad i nukleolen, kan det antas att det är involverat i ribosombiogenes . Således, troligen, Y-RNA finns både i kärnan och i cytoplasman av eukaryota celler, och deras relativa dominans i ett av avdelningarna är associerad med metodiken för experimentet [3] .
Exporten av Y-RNA från kärnan sker med deltagande av GTPase Ran , därför fungerar exportins troligen som transportreceptorer för Y -RNA . Y-RNA:s nedre stam är mycket lik strukturen för andra exportin-5 RNA-substrat, och exportin-5 har visat sig binda till hY1 och Ran/GTP-komplexet. Borttagning av den nedre stammen av hY1 orsakar störningar i dess export från kärnan. Mekanismen för återgång av Y-RNA till kärnan är okänd [3] .
Det har föreslagits att i däggdjursceller reglerar Y-RNA den intracellulära lokaliseringen av Ro60. Detta protein finns i både kärnan och cytoplasman, och det har visat sig att Y-RNA kan påverka dess lokalisering. I musceller gör bindning av Y-RNA till Ro60 att dess nukleära lokaliseringssignal döljs djupt i komplexet, vilket gör att RoRNP stannar kvar i cytoplasman [3] .
Den intracellulära lokaliseringen av Y-RNA förändras under stressförhållanden. Hos vissa arter, efter oxidativ stress eller exponering för UV-strålning, ackumuleras både Ro60 och Y-RNA i kärnan, i överensstämmelse med den föreslagna rollen för RoRNP i det cellulära svaret på stress. Det är också möjligt att Ran GTPase-aktiviteten störs under stressförhållanden, vilket leder till ackumulering av komplex i kärnan [3] .
Hos däggdjur kan Y-RNA selektivt förpackas i virala partiklar. En liknande effekt har visats för HIV - 1 och Moloney murint leukemivirus. Ro60 behövs inte för förpackning till virioner , och detta inträffar troligen i de tidiga stadierna av Y-RNA-biogenes, när det ännu inte har hunnit lämna kärnan. Y-RNA:s roll vid virusinfektion är okänd [3] .
Med hjälp av Northern blotting analyserades Y-RNA-uttryck i olika vävnader hos vuxna möss. Den basala uttrycksnivån av mY1 och mY3 observerades i alla vävnader. De högsta nivåerna av Y-RNA observerades i hjärnan, lungorna, hjärtat, magen, njurarna, äggstockarna, fett- och muskelvävnaderna , och de lägsta - i levern, tarmarna, mjälten, huden och blodet. Samtidigt var Y-RNA-uttrycksmönstret liknande det för Ro60 [6] .
Sekvensering av totalt RNA isolerat från eukaryota celler visade att celler i apoptotiskt tillstånd ackumulerar många små RNA, som är Y-RNA-fragment. Emellertid binder dessa små RNA till Ro60 och La, och därför är uppenbarligen bindningsställena till dessa proteiner i den nedre stammen skyddade från förstörelse. Förmodligen är det främsta målet för förstörelse under apoptos den övre stammen, som är involverad i initieringen av DNA-replikation. Y-RNA-derivat finns också i prolifererande celler, både cancerösa och icke-cancerösa, i hjärnan, näthinnan och andra friska vävnader hos däggdjur, såväl som i en mängd olika tumörer. Några av dem identifierades initialt felaktigt som en ny typ av miRNA som härrör från bearbetningen av fullängds Y-RNA. Senare visades det dock att små RNA bildas från Y-RNA på ett annat sätt än miRNA. Dessutom är Y-RNA-derivat, till skillnad från miRNA, inte involverade i gentystnad . Det har visat sig att ett stort antal Y-RNA-derivat cirkulerar i blodet hos människor och andra djur, både i sammansättningen av vesikler och i form av fria ribonukleoproteiner. Nivån av RNA som bildas från 3'- och 5'-ändarna av Y-RNA, såväl som från 5'-änden av tRNA , är betydligt högre i blodet hos patienter som lider av bröstcancer jämfört med friska människor, så dessa RNA kan vara av diagnostiskt värde som cancerbiomarkörer . Fullängds Y-RNA och Y-RNA-derivat har identifierats i vesiklar som produceras av musimmunceller , och Y-RNA-derivat utgör en betydande del av RNA-komponenten i exosomer i mänsklig sperma . Ett Y-RNA-fragment känt som EV-YF1 i exosomer kan förmodligen användas för att minimera de negativa effekterna på hjärtat och njurarna som orsakas av angiotensin II -infusioner [11] . Ett fragment av Y-RNA känt som 5'-YsRNA kan möjligen fungera som en biomarkör för Sjögrens syndrom [12] . Funktionerna av Y-RNA-derivat är okända, men de kan vara involverade i signalöverföring mellan celler [3] .
Y-RNA har bäst studerats i bakterien Deinococcus radiodurans . I denna bakterie är nästan alla funktioner hos Y-RNA på ett eller annat sätt relaterade till Ro60-homologen känd som Rsr. Till exempel förmedlar Y-RNA Rsr-interaktion med exoribonukleaspolynukleotidfosforylas [ . Y-RNA och Rsr medierar det cellulära svaret på UV-exponering. I Salmonella enterica serovar Typhimurium interagerar Y-RNA också nära med Rsr. Sökandet efter Salmonella Y-RNA-homologer visade att Y-RNA är mycket spridda bland bakterier och också kodas av genomen från vissa bakteriofager . Vissa bakteriella Y-RNA visar till och med strukturell likhet med tRNA. Den utbredda fördelningen av Y-RNA bland obesläktade bakterier tyder på att i de flesta arter förvärvades Y-RNA-gener med hjälp av horisontell genöverföring [13] .
Överuttryck av Y-RNA är karakteristiskt för vissa mänskliga tumörer och krävs för cellproliferation [14] . Dessutom kan små mikroRNA-stora fragment som bildas under nedbrytningen av Y-RNA spela en viss roll i utvecklingen av autoimmuna sjukdomar och vissa andra patologiska tillstånd [15] .
| Typer av RNA | |
|---|---|
| Proteinbiosyntes | |
| RNA-bearbetning |
|
| Reglering av genuttryck |
|
| cis-reglerande element | |
| Parasitiska element | |
| Övrig |
|
| Nukleinsyratyper _ | ||||
|---|---|---|---|---|
| Kvävehaltiga baser | ||||
| Nukleosider | ||||
| Nukleotider | ||||
| RNA | ||||
| DNA | ||||
| Analoger | ||||
| Vektortyper _ |
| |||
| ||||