Los genes piwi (o PIWI ) se identificaron como proteínas reguladoras responsables de la diferenciación de células madre y células germinales . [4] Piwi es una abreviatura de P -element I nduced WI mpy testis en Drosophila . [5] Las proteínas piwi son proteínas de unión a ARN altamente conservadas y están presentes tanto en plantas como en animales. [6] Las proteínas Piwi pertenecen a la familia Argonaute / Piwi y se han clasificado como proteínas nucleares. Estudios sobre Drosophila También han indicado que las proteínas Piwi tienen actividad cortadora conferida por la presencia del dominio Piwi. [7] Además, Piwi se asocia con la proteína heterocromatina 1 , un modificador epigenético y secuencias complementarias de piRNA. Estos son indicios del papel que juega Piwi en la regulación epigenética. También se cree que las proteínas Piwi controlan la biogénesis del piRNA, ya que muchas proteínas similares a Piwi contienen actividad cortadora que permitiría a las proteínas Piwi procesar el piRNA precursor en piRNA maduro.
Se ha resuelto la estructura de varias proteínas Piwi y Argonaute (Ago). Las proteínas piwi son proteínas de unión a ARN con 2 o 3 dominios : el dominio PAZ N-terminal se une al extremo 3 'del ARN guía; el dominio MID medio se une al 5'-fosfato del ARN; y el dominio PIWI C-terminal actúa como una endonucleasa de ARNasa H que puede escindir el ARN. [8] [9] Los pequeños socios de ARN de las proteínas Ago son microARN (miARN). Las proteínas de Ago utilizan miRNA para silenciar genes postranscripcionalmente o utilizan RNA de pequeña interferencia (siRNA) tanto en la transcripcióny mecanismos de silenciamiento postranscripción. Las proteínas piwi interactúan con piRNA (28 a 33 nucleótidos) que son más largos que los miRNA y siRNA (~ 20 nucleótidos), lo que sugiere que sus funciones son distintas de las de las proteínas Ago. [8]
Actualmente existen cuatro proteínas Piwi humanas conocidas: proteína 1 similar a PIWI, proteína 2 similar a PIWI, proteína 3 similar a PIWI y proteína similar a PIWI 4. Todas las proteínas Piwi humanas contienen dos dominios de unión de ARN, PAZ y Piwi. Las cuatro proteínas similares a PIWI tienen un sitio de unión espacioso dentro del dominio PAZ que les permite unirse al voluminoso 2'-OCH3 en el extremo 3 'del ARN que interactúa con piwi . [10]
Uno de los principales homólogos humanos , cuya regulación positiva está implicada en la formación de tumores como los seminomas , se llama hiwi ( por humano p iwi ). [11]
Las proteínas PIWI juegan un papel crucial en la fertilidad y el desarrollo de la línea germinal en animales y ciliados. Recientemente identificadas como un componente de gránulos polares, las proteínas PIWI parecen controlar tanto la formación de células germinales que en ausencia de proteínas PIWI hay una disminución significativa en la formación de células germinales. Se hicieron observaciones similares con los homólogos de ratón de PIWI, MILI, MIWI y MIWI2. Se sabe que estos homólogos están presentes en la espermatogénesis. Miwi se expresa en varias etapas de formación de espermatocitos y alargamiento de espermátidas donde Miwi2 se expresa en células de Sertoli . Los ratones deficientes en Mili o Miwi-2 han experimentado una detención de células madre espermatogénicas y los que carecen de Miwi-2 experimentaron una degradación de las espermatogonias. [13]Los efectos de las proteínas piwi en líneas germinales humanas y de ratón parecen provenir de su participación en el control de la traducción, ya que se sabe que Piwi y el ARN pequeño no codificante, el ARN que interactúa con piwi (piRNA), co-fraccionan polisomas. La vía piwi-piRNA también induce la formación de heterocromatina en los centrómeros , [14] afectando así la transcripción. La vía piwi-piRNA también parece proteger el genoma. Observado por primera vez en Drosophila, las rutas de piwi-piRNA mutante condujeron a un aumento directo de las roturas del dsDNA en las células germinales de ovario. El papel de la vía piwi-piRNA en el silenciamiento de transposones puede ser responsable de la reducción de las roturas del dsDNA en las células germinales.