Paraspeckles

Paraspeckles neboli paraspeckles je třída  jaderných těles umístěných v mezichromatickém prostoru buněčného jádra v savčích buňkách . Skládají se z proteinů a RNA a vznikají interakcí dlouhé nekódující RNA, známé jako NEAT1 / Men ε / β , a proteinů rodiny DBHS (z angl. Drosophila Behavior Human Splicing ), jmenovitě P54NRB / NONO , PSPC1 a PSF/SFPQ. Paraspeckles hrají důležitou roli v regulaci genové exprese , poskytují retenci v jádře molekul RNA obsahujících dvouvláknové oblasti a podléhají úpravě adenosin → inosin (A → I) . Regulací genové exprese se paraspeckles účastní procesů, jako je diferenciace buněk , reakce na stres a průběh virových infekcí [1] . Existují důkazy o souvislosti mezi paraspeckle a rakovinou a chorobami nervového systému [2] .  

Historie studia

Paraspeckles objevili v roce 2002 Andersen a kolegové při studiu proteomu přečištěných lidských jadérek pomocí hmotnostní spektrometrie . Během studie bylo izolováno 271 proteinů, z nichž 30 % bylo dříve neznámých. Podrobnější studium jednoho z těchto nově objevených proteinů ukázalo, že se vůbec nehromadí v jadérkách, ale je difúzně umístěn v nukleoplazmě , ale silně koncentrovaný v 5-20 jaderných ložiskách. Ukázalo se, že tato ohniska se nepřekrývají s žádným z dříve známých jaderných těles a byla nazývána "paraspeckles" kvůli jejich umístění v blízkosti jiných jaderných těles - skvrnitost . Samotný protein byl pojmenován PSPC1 (z angl. Paraspeckle Protein 1 ) [1] .  

Struktura

Paraspeckles jsou malá tělíska nepravidelného tvaru. Podle typu buňky je v jádře obvykle 5 až 20 paraspecklů. Studie využívající elektronovou a fluorescenční mikroskopii ukázala, že lidské paraspeckly jsou široké asi 360 nm (u myší o něco menší) a 1 až 2 µm dlouhé . Existence paraspecklů byla spolehlivě prokázána pouze u savčích buněk. U lidí paraspeckles chybí v embryonálních kmenových buňkách a indukovaných pluripotentních kmenových buňkách . Ortology klíčových proteinů paraspeckle se nacházejí u jiných obratlovců a bezobratlých , avšak dlouhá nekódující RNA NEAT1 nezbytná pro tvorbu paraspecklů je přítomna pouze u savců, což je zřejmě důvodem absence paraspecklů v jádrech jiných organismů. . Počet a délka paraspecklů jsou úměrné úrovni exprese dlouhé izoformy NEAT1 [3] [2] .

Nedávné studie využívající elektronovou mikroskopii a mikroskopii s ultravysokým rozlišením ukázaly, že paraspeckles jsou řetězce srostlých sférických podkompartmentů, z nichž každý má jádro a obal. 5' a 3' konce dlouhé izoformy NEAT1 jsou lokalizovány ve skořápce, zatímco zbytek molekuly je umístěn v jádře. Různé paraspeckle proteiny jsou také lokalizovány v různých částech paraspeckle [2] .

Paraspeckles jsou umístěny v interchromatinovém prostoru, vložené mezi větší jaderné skvrny a chromatin . Bylo prokázáno, že RNA polymeráza II je uvnitř paraspeckle inaktivní a transkripce zprostředkovaná tímto enzymem probíhá pouze na okraji paraspeckle [4] .

Vztah paraspeckle k jadérku není dosud plně objasněn, ale jeden z klíčových proteinů paraspeckle, PSPC1, se může pohybovat mezi paraspeckle a jadérkem. Navíc, když je potlačena práce RNA polymerázy II, jsou paraspeckle proteiny lokalizovány ve speciálních perinukleolárních čepičkách [4] .

Komponenty

Více než 40 různých proteinů [2] a RNA se ve velkém množství hromadí v paraspecklích. Většina proteinů paraspeckle je spojena s transkripcí zprostředkovanou RNA polymerázou II a zpracováním RNA . Jedna ze dvou RNA, které se hromadí v paraspeckles, se nazývá Ctn a podílí se na regulaci genové exprese tím, že udržuje RNA v jádře. Druhá RNA se nazývá NEAT1 a hraje architektonickou roli, je nezbytná pro tvorbu a udržování struktury paraspeckle. Hlavní součásti paraspeckle jsou uvedeny v tabulce níže [5] .

Veverky

Nejdůležitějšími paraspeckleovými složkami jsou tři proteiny rodiny DBHS: PSF/SFPQ, NONO/P54NRB a PSPC1. Jsou lokalizovány v nukleoplazmě a paraspecklích. Protein PSPC1 se nejčastěji používá jako marker pro paraspeckle, protože se v menší míře akumuluje v nukleoplazmě. Dva N-terminální RNA-vazebné motivy a C -terminální coiled coil motiv v těchto proteinech jsou z 50 % identické v sekvenci .  Tyto proteiny hrají důležitou strukturální roli v paraspeckle: například knockdown proteinů P54NRB a PSF v HeLa buňkách má za následek ztrátu paraspeckle. Ve srovnání s P54NRB a PSF není PSPC1 tak hojně exprimován a jeho knockdown nevede ke ztrátě paraspeckle. Tyto tři proteiny se vzájemně ovlivňují a pravděpodobně se nacházejí uvnitř buněk buď jako homo- nebo heterodimery . Vzájemná interakce se provádí prostřednictvím bispirálního motivu. Lokalizace těchto proteinů v paraspeckles vyžaduje jak obsahující C-terminální spirálové motivy, tak domény vázající RNA . Členové rodiny DBHS vážou jedno- a dvouvláknové molekuly DNA a RNA a účastní se mnoha kroků syntézy a zpracování RNA. Kromě toho PSF a P54NRB vážou a uchovávají transkripty uvnitř jádra, které prošly intenzivní úpravou adenosinu → inosinu. Fungují také v cytoplazmě , například PSF a P54NRB jsou součástí granulí nesoucích RNA v dendritech , avšak pouze P54NRB může být aktivně transportován z jádra do cytoplazmy. Je zajímavé, že P54NRB se podílí na regulaci cirkadiánních rytmů u savců [6] .

Paraspeckle proteiny jsou ty proteiny, které se kolokalizují na určitých jaderných lokusech spolu s proteiny rodiny DBHS, nicméně obecný vzorec lokalizace těchto proteinů se může významně lišit. Například protein CFIM68 lze pozorovat u paraspecklů, ale vyskytuje se také v jaderných skvrnách; současně je RNA polymeráza II kromě paraspecklů detekována v chromatinu a jaderných skvrnách. Konečně, některé proteiny se nacházejí v paraspecklech pouze za podmínek nadměrné exprese, jako je BCL11A, WTX, WT1(+KTS) a CoAA [7] .

Paraspeckle proteiny mimo rodinu DBHS jsou obvykle transkripční faktory nebo koregulátory transkripce. CoAA funguje jako transkripční koaktivátor regulující transkripci zprostředkovanou receptorem steroidních hormonů a alternativní sestřih . WTX je koregulátor transkripce a nádorový supresor, koaktivuje transkripci proteinu WT1, který může být lokalizován i v paraspecklích. SOX9 je transkripční faktor, který hraje klíčovou roli při tvorbě kostí . Přímo interaguje s P54NRB a jeho nadměrná exprese vede ke změně lokalizace P54NRB a PSPC1. BCL11A je transkripční faktor, který se podílí na rozvoji B-buněčných lymfomů leukémií. Štěpící faktor CFIM68 je nutný pro první krok zpracování 3' konce pre-mRNA [8] .

Proteiny NONO a SFPQ jsou striktně vyžadovány pro tvorbu paraspeckle. Kromě toho knockdown proteinů, jako jsou HNRNPK, DAZAP1, FUS, RBM14 a HNRNPH3, vede k absenci paraspeckle [2] .

RNA

Před popisem specifických RNA, které tvoří paraspeckles, existovala řada důkazů, že paraspeckles skutečně obsahují kromě proteinů RNA. Za prvé, paraspeckles jsou zničeny, když jsou buňky ošetřeny RNázou . Za druhé, všechny nejdůležitější proteiny paraspeckle obsahují motivy vázající RNA; navíc se všechny tyto proteiny nějakým způsobem podílejí na zpracování RNA. Za třetí, RNA-vazebná doména tohoto proteinu je nutná pro lokalizaci PSPC1 v paraspeckles. Nakonec paraspeckles zmizí, když je potlačena transkripce zprostředkovaná RNA polymerázou II, a znovu se objeví, když se transkripce obnoví. Jsou známy dvě RNA, které jsou součástí paraspeckle: Ctn a NEAT1/Men ε/β [9] .

Ctn byla první paraspeckle RNA, která byla objevena a byla popsána v roce 2005. Jedná se o myší specifický transkript s poly(A) ocasem , který je přečten z lokusu mCAT2 . Ctn zahrnuje všechny exony transportního proteinu CAT2, avšak na rozdíl od mRNA tohoto proteinu je Ctn syntetizován z jiného promotoru a má delší 3'-netranslatovanou oblast (3'-UTR). Ctn je lokalizován nejen v paraspecklích, ale také v nukleoplazmě. 3'-UTR této RNA je podrobena intenzivní editaci A → I a jsou editovány invertované repetice, díky čemuž se ve struktuře RNA tvoří dvouvláknové oblasti. Paraspeckle protein P54NRB se váže na inosin v RNA, který se také váže na Ctn in vivo . Pravděpodobně díky vazbě na protein zůstává Ctn paraspeckle spíše v paraspeckle, než aby byl exportován do cytoplazmy. Pod vlivem řady stresových signálů se 3' -UTR Ctn přeruší a množství této RNA v jádře se sníží [10] .

V roce 2009 několik skupin výzkumníků nezávisle objevilo druhou paraspeckle RNA, NEAT1 . Tato dlouhá nekódující RNA je nezbytná pro tvorbu a udržování strukturální integrity paraspeckle. Jsou známy dvě varianty NEAT1 , které se liší svou délkou; dlouhá izoforma [2] hraje u paraspecklů strukturální roli . Je zajímavé, že dlouhá izoforma NEAT1 podléhá štěpení velmi blízko 3' konce, což vede k velmi krátké molekule RNA podobné tRNA . Knockdown NEAT1 vede k úplné ztrátě paraspeckle a nadměrná exprese této RNA vede ke zvýšení počtu paraspeckle v některých buněčných liniích . Kromě toho se v blízkosti genů NEAT1 tvoří paraspeckles . Zřejmě, stejně jako v případě Ctn , je lokalizace NEAT1 v paraspeckles spojena s interakcí s proteiny rodiny DBHS, ačkoli NEAT1 není podroben úpravám A → I. Změny množství NEAT1 v buňce lze využít k posoudit fungování paraspeckle. Lidské embryonální kmenové buňky, stejně jako indukované pluripotentní kmenové buňky [2] , neexprimují NEAT1 a nemají paraspeckles, navzdory expresi DBHS proteinů, nicméně paraspeckles se objevují na začátku diferenciace. Kromě toho se s výskytem paraspeckle zvyšuje akumulace mRNA podrobených úpravě A → I v jádře [11] .

Formace

Podle současného modelu začíná tvorba paraspeckle tvorbou NEAT1 transkriptů v jádrech dceřiných buněk krátce po buněčném dělení. Krátce po syntéze tvoří molekuly NEAT1 komplexy s proteiny DBHS a transkripty NEAT1 nemají čas se vzdálit ze svého lokusu. Vytvořené paraspeckles se s největší pravděpodobností skládají z mnoha komplexů NEAT1 s proteiny DBHS a jsou poměrně dynamické: jednotlivé molekuly proteinů DBHS mohou jít do nukleoplazmy a zpět. Je pravděpodobné, že na tvorbě paraspecklů se podílí schopnost DBHS proteinů oligomerizovat, stejně jako interakce přímo mezi samotnými molekulami NEAT1 RNA . V nepřítomnosti NEAT1 nejsou paraspecklé schopny udržet svou strukturální integritu a znovu se nevytvářejí [12] . Podle nejnovějších údajů se  na vzniku paraspecklu podílí separace fáze kapalina-kapalina [2] . Fázově oddělené kapičky jsou tvořeny proteinem ASXL1 polycomb , který dále zvyšuje expresi NEAT1 a zvyšuje interakce NONO- NEAT1 [13]

Funkce

Hlavní funkcí paraspeckles je uchovat v jádře mRNA obsahující dvouvláknové oblasti vytvořené pomocí invertovaných repetic a podrobené editaci adenosin → inosin. Retence RNA v jádře je spojena s buněčnou odpovědí na stres, virové infekce a udržování cirkadiánních rytmů. Paraspeckles se zjevně podílí na přeprogramování buněk, ke kterému dochází během diferenciace; možná tím, že zadržují RNA v jádře, paraspeckles mění expresi klíčových proteinů. Absence NEAT1 a paraspeckle by mohla potenciálně sloužit jako marker pluripotence . Paraspeckle protein CFIM68 může regulovat uvolňování RNA z jádra zavedením řezů do RNA [14] .

Paraspeckles může selektivně akumulovat určité proteiny v sobě, což vede ke snížení koncentrace těchto proteinů jinde. To zase může ovlivnit expresi řady genů [2] .

Podle nedávných údajů mohou být paraspeckles lokalizovány přímo v místech počátku transkripce aktivně transkribovaných genů. Paraspeckle proteiny SFPQ a NONO se účastní zpracování miRNA a akumulace těchto proteinů v paraspeckle podporuje efektivní zpracování mikroRNA [2] .

Fyziologický a klinický význam

Paraspeckles a NEAT1 nejsou nezbytně nutné pro vývoj savců za normálních podmínek, protože myši postrádající NEAT1 jsou životaschopné. U některých samic těchto myší však byly pozorovány abnormality ve tvorbě a fungování ovariálních sekrečních žláz a žlutého tělíska , což snižuje plodnost . Je možné, že paraspecklé plní nějakou evolučně konzervativní funkci v buňkách sekrečních struktur ženského reprodukčního systému savců: například vačice má dobře vytvořené paraspeckles v buňkách děložních žláz. Je zvláštní, že takové účinky nebyly pozorovány u všech knockout samic, ale pouze u některých, což může být spojeno s potřebou fungování paraspeckle ve stresujících podmínkách prostředí [2] .

Úroveň exprese dlouhé izoformy NEAT1 se zvýší, když je buňka infikována některými viry obsahujícími RNA , jako je virus japonské encefalitidy , vzteklina , HIV , virus chřipky a virus Hantaan , stejně jako virus herpes simplex obsahující DNA . Ve většině případů je toto zvýšení obranným mechanismem. Zvýšení počtu paraspecklů vede k akumulaci velkého množství proteinů, které virus nemůže využít ke své reprodukci, a také ke změně exprese řady genů [2] .

V případě rakoviny může být exprese NEAT1 down-regulována, up-regulována ve srovnání s normální tkání nebo může zůstat nezměněna. Mutace v genu NEAT1 jsou spojovány s rozvojem rakoviny jater a prsu . Existují důkazy, že NEAT1 může dokonce stimulovat tvorbu metastáz [15] . Zvýšení exprese NEAT1 a zvýšení počtu paraspecklů může být spojeno se stresovými stavy, ve kterých se nacházejí rakovinné buňky, nicméně paraspeckles mohou mít také onkogenní roli. V případě karcinomu prostaty odpovídá zvýšení exprese paraspeckle a NEAT1 agresivnějším formám onemocnění. Existují však také důkazy, že paraspeckles může potlačovat rozvoj nádorů [2] .

Paraspeckles může hrát zvláštní roli ve fungování nervového systému. Bylo prokázáno, že po epileptickém záchvatu se v některých částech myšího mozku zvýšila exprese dlouhé izoformy NEAT1 . Paraspeckles se může podílet na rozvoji amyotrofické laterální sklerózy [2] .

Existují důkazy, že NEAT1 může regulovat zánětlivý proces spouštěním tvorby paraspeckle v makrofázích [16] .

Poznámky

1. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , str. 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.  (anglicky)  // Trendy v biochemických vědách. - 2017. - doi : 10.1016/j.tibs.2017.12.001 . — PMID 29289458 .
3. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 275-276.
4. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , str. 276.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 277.
6. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 277-278.
7. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 278-279.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 279.
9. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 279-280.
10. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 280.
11. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 281-284.
12. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 284.
13. ↑ Yamamoto, K., Goyama, S., Asada, S., Fujino, T., Yonezawa, T., Sato, N., ... & Kitamura, T. (2021). Modifikátor histonu ASXL1 interaguje s NONO a podílí se na tvorbě paraspeckle v hematopoetických buňkách Archivováno 26. září 2021 na Wayback Machine . Cell Reports, 36(8), 109576. PMID 34433054 doi : 10.1016/j.celrep.2021.109576
14. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 284-285.
15. ↑ Fu MC , Yuan LQ , Zhang T. , Yan XM , Zhou Y. , Xia HL , Wu Y. , Xu LX , Cao X. , Wang J. Transkript 1 jaderné paraspeckleální sestavy podporuje metastázy a epiteliálně-mezenchymální přechod hepatoblastomu buňky inhibicí miR-129-5p.  (anglicky)  // Onkologické dopisy. - 2017. - Sv. 14, č. 5 . - S. 5773-5778. - doi : 10.3892/ol.2017.6995 . — PMID 29113206 .
16. ↑ Huang-Fu N. , Cheng JS , Wang Y. , Li ZW , Wang SH Neat1 reguluje zánět způsobený oxidovaným lipoproteinem o nízké hustotě a příjem lipidů v makrofázích prostřednictvím tvorby paraspeckle.  (anglicky)  // Zprávy o molekulární medicíně. - 2018. - Sv. 17, č. 2 . - S. 3092-3098. - doi : 10.3892/mmr.2017.8211 . — PMID 29257236 .

Literatura

• Razin S.V., Gavrilov A.A. Organizace funkčních procesů v buněčném jádře: řád vycházející z poruchy  // Bulletin Moskevské univerzity. Ser. 16. Biologie. - 2015. - č. 3 . - S. 13-20 .
• The Nucleus / Tom Misteli, David L. Spector. - N. Y. : Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 s. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

buněčného jádra
Nukleární membrána / Nuclear lamina	Jaderné póry : Nukleoporiny ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 160 NUP NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
jadérko	Perinukleolární kompartment ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
jiný	těla PML Paraspeckles Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 cívka ) SMC proteiny Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) Oprava DNA ( SMC5 SMC6 ) Přechodné jaderné proteiny TNP1 TNP2 Chromatin jaderná matrice Nukleoplazma Nucleosol