Piwi and piRNAs act upstream of an endogenous siRNA pathway to suppress Tc3 transposon mobility in the Caenorhabditis elegans germline

Abstract

In den letzten Jahren wurden verschiedene Klassen kleiner nicht-kodierender RNA Moleküle identifiziert, zu denen u.a. die sogenannten microRNAs (miRNAs), die repeat-associated small interfering RNAs (rasiRNAs) und die small-interfering RNAs (siRNAs) zählen. Diese RNAs werden als Einzelstrang in funktionell verschiedene Protein-RNA Effektorkomplexe integriert, welche als zentralen Bestandteil ein Mitglied der Argonaute (AGO) Proteinfamilie enthalten. Argonaute-Proteinkomplexe mit ihren assoziierten RNAs spielen eine Rolle in transkriptioneller Genrepression, Translationsrepression und mRNA-Abbau. Piwi Proteine bilden eine Untergruppe innerhalb der Argonaute Familie und weisen konservierte Funktionen in der Keimbahnentwicklung und der Erhaltung von Keim(stamm)zellen auf. Im Nematoden Caenorhabditis elegans existieren zwei Piwi Proteine, PRG-1 und PRG-2. Um die Funktion von PRG-1 und PRG-2 während der Keimbahnentwicklung von C. elegans zu untersuchen, wurden prg-1 und prg-2 Deletionen generiert. Die Mutation beider Gene (prg-1; prg-2) führt zu stark ausgeprägten Keimbahndefekten. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass eine Klasse von 21 Nukleotiden langen, zuvor als 21U-RNA bezeichneten RNAs die Piwi-interagierenden RNAs (piRNAs) in C. elegans sind. Piwi und piRNAs sind spezifisch in der Keimbahn exprimiert. Die Biogenese der piRNAs ist unabhängig von vielen Proteinen, die eine Funktion in anderen kleinen RNA Signalwegen haben, wie zum Beispiel Dicer (DCR-1). Im Gegensatz zu anderen Organismen gibt es keinen Hinweis auf den sogenannten Ping-Pong Mechanismus zur Amplifikation von piRNAs. Piwi Proteine reprimieren die Mobilität von Tc3 DNA Transposons in der Keimbahn. Die Exzisionsrate in piwi Doppelmutanten ist hundertfach höher als in Wildtyp Würmern. Zudem kann gezeigt werden, dass ein Piwi-piRNA Komplex einen endogenen siRNA Signalweg reguliert, der für die Tc3 Suppression in der Keimbahn notwendig ist, was auf eine funktionelle Verbindung zwischen piRNAs und siRNAs hindeutet.