Los genes Piwi (o PIWI ) se identificaron como proteínas reguladoras responsables de la diferenciación de células madre y germinales . [ 4] Piwi es una abreviatura de testículo WImpy inducido por elemento P 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 han sido clasificadas como proteínas nucleares. Estudios sobre Drosophila También han indicado que las proteínas Piwi no tienen actividad de corte conferida por la presencia del dominio Piwi. [7] Además, Piwi se asocia con la proteína heterocromatina 1 , un modificador epigenético y secuencias complementarias de ARNpi. Estos son indicios del papel que desempeña 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 de corte 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 RNasa H que puede escindir el ARN. [8] [9] Los pequeños ARN asociados de las proteínas Ago son microARN (miARN). Las proteínas Ago utilizan miARN para silenciar genes postranscripcionalmente o utilizan ARN de pequeña interferencia (ARNip) en ambas transcripciones .y 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 hay cuatro proteínas humanas Piwi conocidas: proteína similar a PIWI 1, proteína similar a PIWI 2, proteína similar a PIWI 3 y proteína similar a PIWI 4. Todas las proteínas humanas Piwi contienen dos dominios de unión a 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 ( para humano p iwi ). [11]
Las proteínas PIWI desempeñan un papel crucial en la fertilidad y el desarrollo de la línea germinal en animales y ciliados. Identificadas recientemente como un componente de los gránulos polares, las proteínas PIWI parecen controlar la formación de células germinales hasta tal punto 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 elongación de espermátidas donde Miwi2 se expresa en células de Sertoli . Los ratones con deficiencia de Mili o Miwi-2 experimentaron una detención de las células madre espermatogénicas y los que carecían de Miwi-2 sufrieron una degradación de las espermatogonias. [13]Los efectos de las proteínas piwi en líneas germinales humanas y de ratón parecen derivarse de su participación en el control de la traducción, ya que se sabe que Piwi y el pequeño ARN no codificante, el ARN que interactúa con piwi (piRNA), cofraccionan 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. Observadas por primera vez en Drosophila, las vías mutantes piwi-piRNA condujeron a un aumento directo de las roturas del dsDNA en las células germinales del 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.