Y-RNA jsou malé nekódující RNA , které jsou součástí ribonukleoproteinů obsahujících proteiny Ro60 [1] a La , které jsou cílem autoprotilátek u pacientů trpících systémovým lupus erythematodes [2] a Sjögrenovým syndromem [3] . Jsou také nezbytné pro replikaci DNA , protože interagují s chromatinem a iniciačními proteiny [4] [5] .
Y-RNA byly poprvé popsány v roce 1981. Byly identifikovány v cytoplazmě savčích buněk ( člověka , myši a opice ), proto se nazývají Y-RNA z c y toplazmatické na rozdíl od jaderné RNA (U-RNA z n u clear) [3] .
Y-RNA byla nalezena u všech studovaných obratlovců a každý druh má jeden až čtyři geny Y-RNA , což ukazuje na duplikace a delece těchto genů během evoluce obratlovců. U lidí existují čtyři typy Y-RNA: hY1, hY3, hY4 a hY5. Dříve zahrnovaly i hY2, ale později se ukázalo, že se nejedná o samostatný typ Y-RNA, ale o produkt destrukce hY1 RNA . Všechny 4 geny Y-RNA u lidí tvoří jeden shluk na 7. chromozomu v lokusu 7q36 , u jiných obratlovců jsou také seskupeny do shluku. Y3 se zdá být nejstarší mezi Y-RNA obratlovců [6] . Každý gen Y-RNA je transkribován RNA polymerázou III ze svého vlastního promotoru . Bylo ukázáno, že malé nekódující nematodové RNA , známé jako sbRNA ( stem- bulge ) , mají homologní strukturu a funkci s Y-RNA obratlovců. Nematoda Caenorhabditis elegans má zároveň jednu vlastní Y-RNA, CeY-RNA [7] [8] . Malé nekódující RNA podobné Y-RNA obratlovců nebo sbRNA hlístic byly nalezeny u mnoha dalších eukaryot , jako je protist Chlamydomonas reinhardtii [6] , hmyz Anopheles gambiae a Bombyx mori a kopinatka Branchiostoma florida . Podobné RNA se také nacházejí v prokaryotech , včetně Deinococcus radiodurans , Salmonella enterica serovar Typhimurium, Mycobacterium smegmatis a dalších. Tyto bakteriální RNA se však stále výrazně liší od Y-RNA obratlovců a nejsou s nimi homologní [3] .
Molekuly Y-RNA se skládají z 80-120 nukleotidů a mají charakteristickou vlásenkovou sekundární strukturu . 5' a 3' konce každé molekuly Y-RNA hybridizují za vzniku dvou dvouřetězcových kmenových oblastí oddělených malou vnitřní smyčkou. Nejdelší smyčka je v hY1, nejkratší je v hY5. Nukleotidové sekvence spodních a horních stopek jsou vysoce konzervované , zatímco sekvence vnitřní smyčky se mezi různými Y-RNA velmi liší. Spodní stonek nese konzervativně vyčnívající cytosinový zbytek , který je klíčovým zbytkem zapojeným do vazby na protein Ro60 [6] . Je to smyčka, která interaguje s řadou proteinů, včetně nukleolinu , PTB a ZBP1 . Bylo ukázáno, že stabilita a zpracování 3' konců Y-RNA závisí na exoribonukleáze PARN [9] . Všechny čtyři lidské Y-RNA interagují s antivirovou cytidindeaminázou APOBEC3G , která je také součástí ribonukleoproteinů obsahujících Ro60 a La. Možná APOBEC3G upravuje Y-RNA. Doména smyčky se také účastní interakce Y-RNA s doménami jaderného chromatinu. hY5 interaguje se specifickou sadou proteinů, což naznačuje, že jeho funkce se liší od jiných Y-RNA - například interaguje s ribozomálním proteinem L5 a IFIT5. Kromě toho hY5 interaguje s 5S rRNA , převážně nesbalenou [3] .
Původně byly Y-RNA popsány jako nekódující RNA, které se vážou na protein Ro60, což je antigen , který je rozpoznáván protilátkami z krve pacientů se systémovým lupus erythematodes a Sjögrenovým syndromem . Ro60 je konzervován u obratlovců, jeho homology byly identifikovány u většiny Metazoa a také v 5 % bakteriálních genomů (mezi nimi genomy D. radiodurans a Salmonella ). Ve všech těchto organismech se homology Ro60 vážou na Y-RNA nebo podobnou RNA za vzniku ribonukleoproteinů. U obratlovců Ro60 interaguje s nižší kmenovou doménou Y-RNA. Protein La se váže na část ribonukleoproteinů tvořených Ro60 a Y-RNA (RoRNP). Je nezbytný pro správné ukončení transkripce zprostředkované RNA polymerázou III a váže se na 3'-terminální polyuridin konec nově syntetizovaných RNA v jádře. Většina RNA následně ztrácí svůj polyuridinový konec, ale Y-RNA si jej podrží a nadále interagují s La. Podílí se na akumulaci Y-RNA v jádře a chrání je před destrukcí exonukleázami [3] .
RoRNP se podílejí na kontrole kvality nekódujících RNA, regulují stabilitu RNA a u některých druhů se podílejí na buněčné odpovědi na stres. U mnoha druhů, včetně žáby Xenopus laevis , háďátka C. elegans a myši domácí , se Ro60 váže na defektní nekódující RNA, jako je špatně složená 5S rRNA a malá jaderná RNA U2 . Hlístice postrádající homolog Ro60 jsou životaschopné, ale jejich tvorba speciálních larev určených k snášení nepříznivých podmínek je narušena. Působením UV záření se RoRNP hromadí v myších a D. radiodurans buňkách a v nepřítomnosti Ro60 se jejich odolnost vůči UV záření snižuje. U D. radiodurans se ortolog Ro60 podílí na zrání rRNA vyvolaných tepelným stresem a na degradaci rRNA vyvolané hladověním . Vazba Ro60 na chybně složené nekódující RNA je sekvenčně nespecifická a zdá se, že tento protein se může vázat na širokou škálu RNA. Z tohoto důvodu lze RoRNP považovat za senzory intracelulárního stresu. V nepřítomnosti Ro60 se hladina Y-RNA v eukaryotických i prokaryotických buňkách snížila, což pravděpodobně znamená, že Ro60 stabilizuje Y-RNA, se kterou interaguje [3] .
Y-RNA se podílí na zahájení replikace chromozomální DNA , konkrétně na tvorbě nových replikačních vidlic. K prodlužování a replikaci a samotnému procesu duplikace DNA jako takového však nejsou potřeba. Y-RNA se účastní iniciace replikace DNA nikoli samy o sobě, ale prostřednictvím proteinů. K účasti na zahájení replikace DNA je nutný horní kmen Y-RNA, ale ne vazebná místa pro proteiny Ro60 a La a ne tyto proteiny samotné. Ve skutečnosti asi polovina Y-RNA v lidských buňkách existuje mimo komplexy s proteiny Ro60 a La. Narušení Y-RNA interferencí RNA blokuje replikaci DNA a proliferaci savčích buněk. V tomto případě se normální fenotyp vrátí, když je do takových buněk zavedena krátká dvouvláknová RNA odpovídající hornímu stonku hY1 RNA. Inaktivace Y-RNA morfolinovými oligonukleotidy v embryích ryb X. laevis a Danio rerio vede k zástavě vývoje a smrti v raných fázích embryogeneze . Naproti tomu lidské nádory nadměrně exprimují Y-RNA ve srovnání s normálními tkáněmi . Sekvence Y-RNA horního kmene organismů, jako jsou C. elegans , B. floridae a D. radiodurans , se velmi liší od sekvencí u obratlovců a tyto Y-RNA nemohou funkčně nahradit Y-RNA v lidských buňkách [3] .
Specifický mechanismus, kterým se Y-RNA účastní iniciace replikace DNA, není znám. Je však známo, že Y-RNA interaguje s několika proteiny zapojenými do zahájení replikace DNA, včetně rozpoznávacího komplexu ORC replikace počátku a také en , Cdt1 a DUE-B, ale neinteraguje s proteiny replikační vidlice. Pomocí fluorescenčně značených Y-RNA bylo možné ukázat, že u lidí Y-RNA dynamicky interagují s nereplikovaným chromatinem ve fázi G1 buněčného cyklu , kolokalizují se s několika proteiny iniciujícími replikaci DNA. Jakmile replikace začala, Y-RNA jsou vytěsněny z počátku replikace a nejsou detekovány v místech aktivní syntézy DNA [3] .
U eukaryot začíná biogeneze Y-RNA v jádře, ale později mohou Y-RNA vstoupit do cytoplazmy, jako jiné transkripty RNA polymerázy III (tRNA a pre-miRNA), nebo zůstat v jádře, jako malé jaderné RNA . Experimentální údaje o relativní distribuci Y-RNA mezi jádrem a cytoplazmou jsou rozporuplné, možná kvůli použitým metodám. Počáteční experimenty s buněčnou frakcionací ukázaly, že v savčích buňkách v kultuře a oocytech X. laevis jsou Y-RNA lokalizovány převážně nebo dokonce výhradně v cytoplazmě. Dále bylo ukázáno, že hY1, hY3 a hY4 (a odpovídající myší homology) jsou umístěny v cytoplazmě, zatímco hY5 se akumuluje v jádře. In situ hybridizace [ a elektronová mikroskopie však ukázaly, že Y-RNA tvoří diskrétní shluky jak v jádře, tak v cytoplazmě v kultivovaných lidských buňkách. V proliferujících lidských buňkách se hY1, hY3 a hY5 nacházejí také na okraji jadérka ( v perinukleolárním kompartmentu ). Použití fluorescenčně značených Y-RNA ukázalo, že všechny čtyři lidské Y-RNA se dynamicky vážou na chromatin během přechodu G1-na- S-fáze . Současně jsou hY1, hY3 a hY4 lokalizovány společně a spojeny hlavně s euchromatinem v raných fázích replikace, zatímco hY5 se hromadí v jadérku. Vzhledem k tomu, že hY5 interaguje s 5S rRNA a je lokalizován v jadérku, lze předpokládat, že se účastní biogeneze ribozomů . S největší pravděpodobností jsou tedy Y-RNA přítomny jak v jádře, tak v cytoplazmě eukaryotických buněk a jejich relativní převaha v jednom z kompartmentů je spojena s metodikou experimentu [3] .
K exportu Y-RNA z jádra dochází za účasti GTPázy Ran , proto exportiny s největší pravděpodobností působí jako transportní receptory pro Y-RNA . Spodní kmen Y-RNA je strukturou velmi podobný jiným substrátům RNA exportinu-5 a ukázalo se, že exportin -5 se váže na komplex hY1 a Ran/GTP. Delece spodního kmene hY1 způsobuje poruchy jeho exportu z jádra. Mechanismus návratu Y-RNA do jádra není znám [3] .
Bylo navrženo, že v savčích buňkách Y-RNA reguluje intracelulární lokalizaci Ro60. Tento protein se nachází jak v jádře, tak v cytoplazmě a bylo prokázáno, že Y-RNA může ovlivnit jeho lokalizaci. V myších buňkách způsobuje vazba Y-RNA na Ro60, že její jaderný lokalizační signál je skryt hluboko v komplexu, což způsobuje, že RoRNP zůstává v cytoplazmě [3] .
Intracelulární lokalizace Y-RNA se mění za stresových podmínek. U některých druhů se po oxidativním stresu nebo vystavení UV záření Ro60 i Y-RNA akumulují v jádře, což je v souladu s navrhovanou úlohou RoRNP v buněčné odpovědi na stres. Je také možné, že aktivita Ran GTPázy je za stresových podmínek narušena, což vede k akumulaci komplexů v jádře [3] .
U savců mohou být Y-RNA selektivně zabaleny do virových částic. Podobný účinek byl prokázán u HIV - 1 a viru myší leukémie Moloney. Ro60 není potřeba pro balení do virionů a pravděpodobně k tomu dochází v raných fázích biogeneze Y-RNA, kdy ještě neměl čas opustit jádro. Role Y-RNA při virové infekci není známa [3] .
Pomocí Northern blottingu byla analyzována exprese Y-RNA v různých tkáních dospělých myší. Bazální hladina exprese mY1 a mY3 byla pozorována ve všech tkáních. Nejvyšší hladiny Y-RNA byly pozorovány v mozku, plicích, srdci, žaludku, ledvinách, vaječnících, tukové a svalové tkáni a nejnižší - v játrech, střevech, slezině, kůži a krvi. Současně byl vzorec exprese Y-RNA podobný jako u Ro60 [6] .
Sekvenování celkové RNA izolované z eukaryotických buněk ukázalo, že buňky v apoptotickém stavu akumulují mnoho malých RNA, což jsou fragmenty Y-RNA. Tyto malé RNA se však vážou na Ro60 a La, a proto jsou místa vazby na tyto proteiny ve spodním stonku zjevně chráněna před destrukcí. Pravděpodobně hlavním cílem destrukce během apoptózy je horní stopka, která se podílí na zahájení replikace DNA. Deriváty Y-RNA se také nacházejí v proliferujících buňkách, jak rakovinných, tak nerakovinných, v mozku, sítnici a dalších zdravých tkáních savců, stejně jako v různých nádorech. Některé z nich byly původně chybně identifikovány jako nový typ miRNA vzniklý zpracováním Y-RNA plné délky. Později se však ukázalo, že malé RNA se tvoří z Y-RNA jiným způsobem než miRNA. Kromě toho se deriváty Y-RNA, na rozdíl od miRNA, nepodílejí na umlčování genů . Bylo prokázáno, že v krvi lidí a jiných zvířat koluje velké množství derivátů Y-RNA, a to jak ve složení vezikul , tak ve formě volných ribonukleoproteinů. Hladina RNA vytvořených z 3' a 5' konce Y-RNA, stejně jako z 5' konce tRNA , je výrazně vyšší v krvi pacientů trpících rakovinou prsu ve srovnání se zdravými lidmi, takže tyto RNA mohou mít diagnostickou hodnotu jako biomarkery rakoviny . Kompletní Y-RNA a deriváty Y-RNA byly identifikovány ve vezikulách produkovaných myšími imunitními buňkami a deriváty Y-RNA tvoří významnou část RNA složky exosomů v lidských spermiích . Fragment Y-RNA známý jako EV-YF1 v exozomech lze pravděpodobně použít k minimalizaci negativních účinků na srdce a ledviny způsobených infuzemi angiotensinu II [11] . Fragment Y-RNA známý jako 5'-YsRNA může případně sloužit jako biomarker Sjögrenova syndromu [12] . Funkce derivátů Y-RNA nejsou známy, ale mohou se podílet na přenosu signálu mezi buňkami [3] .
Y-RNA byly nejlépe studovány u bakterie Deinococcus radiodurans . V této bakterii jsou téměř všechny funkce Y-RNA tak či onak spojeny s homologem Ro60 známým jako Rsr. Například Y-RNA zprostředkovává interakci Rsr s exoribonukleázou polynukleotid fosforylázou . Y-RNA a Rsr zprostředkovávají buněčnou odpověď na expozici UV záření. U sérovaru Typhimurium Salmonella enterica Y-RNA také úzce interagují s Rsr. Hledání homologů Salmonella Y-RNA ukázalo, že Y-RNA jsou mezi bakteriemi velmi rozšířené a jsou také kódovány genomy některých bakteriofágů . Některé bakteriální Y-RNA dokonce vykazují strukturní podobnost s tRNA. Široká distribuce Y-RNA mezi nepříbuznými bakteriemi naznačuje, že u většiny druhů byly geny Y-RNA získány pomocí horizontálního přenosu genů [13] .
Nadměrná exprese Y-RNA je charakteristická pro některé lidské nádory a je nezbytná pro buněčnou proliferaci [14] . Navíc malé fragmenty o velikosti mikroRNA vzniklé během rozpadu Y-RNA mohou hrát určitou roli ve vývoji autoimunitních onemocnění a některých dalších patologických stavů [15] .
| Typy RNA | |
|---|---|
| Biosyntéza bílkovin | |
| Zpracování RNA |
|
| Regulace genové exprese |
|
| cis-regulační prvky | |
| Parazitické prvky | |
| jiný |
|
| Typy nukleových kyselin | ||||
|---|---|---|---|---|
| Dusíkaté báze | ||||
| Nukleosidy | ||||
| Nukleotidy | ||||
| RNA | ||||
| DNA | ||||
| Analogy | ||||
| Vektorové typy |
| |||
| ||||