El silenciamiento de transposones es una forma de silenciamiento de genes transcripcionales dirigidos a transposones. El silenciamiento de genes transcripcionales es producto de modificaciones de histonas que impiden la transcripción de un área particular del ADN. El silenciamiento transcripcional de transposones es crucial para el mantenimiento de un genoma. El “salto” de los transposones genera inestabilidad genómica y puede provocar mutaciones extremadamente deletéreas. Las inserciones de elementos transponibles se han relacionado con muchas enfermedades, incluida la hemofilia , la inmunodeficiencia combinada grave y la predisposición al cáncer.. Por lo tanto, el silenciamiento de transposones es extremadamente crítico en la línea germinal para evitar que las mutaciones de transposones se desarrollen y pasen a la siguiente generación. Además, estas defensas epigenéticas contra los transposones pueden ser heredables. Los estudios en Drosophila , Arabidopsis thaliana y ratones indican que los pequeños ARN interferentes son responsables del silenciamiento de transposones. En los animales, estos siRNAs y piRNAs son más activos en las gónadas .
Mecanismo
El ARN que interactúa con piwi (piRNA), la clase más grande de ARN pequeños, tiene entre 26 y 31 nucleótidos de longitud y funciona a través de interacciones con proteínas piwi de la familia de proteínas Argonaute (proteínas silenciadoras de genes). Muchos piRNA se derivan de transposones y otros elementos repetidos y, por lo tanto, carecen de loci específicos. Otros piRNA que se asignan a ubicaciones específicas se agrupan en áreas cercanas a los centrómeros o telómeros del cromosoma. Los grupos de piRNA constituyen ~ 1% del genoma (Khurana, 4). Se cree que los complejos piRNA-PIWI controlan directamente la actividad de los transposones. Los piRNA unidos a las proteínas PIWI parecen utilizar la destrucción de la transcripción postranscripcional para silenciar los transposones (4). Las inserciones de transposones en intrones pueden escapar del silenciamiento a través de la vía piRNA, lo que sugiere que la destrucción de la transcripción por piRNA se produce después de la exportación nuclear . Los piRNAs podrían, sin embargo, actuar en múltiples niveles, incluyendo guiar el ensamblaje de heterocromatina y posiblemente también jugar un papel en la traducción. Aún se desconoce la biogénesis exacta de los piRNA. La mayoría de los piRNA son antisentido de los mRNA transcritos de los transposones silenciados, que generalmente se asocian con las proteínas Piwi y Aubergine (Aub), mientras que los piRNA de hebra sentido tienden a asociarse con Argonaute 3 (Ago3) en su lugar (4). Un ciclo llamado amplificación "ping pong" procede entre los piRNA sentido y antisentido que implican un recorte y procesamiento extensivos para crear piRNA maduros. Este proceso es responsable de la producción de la mayoría de los piRNA en la línea germinal y también podría explicar el origen de los piRNA en el desarrollo de la línea germinal (3).
Historia
Los ARNpi se observaron por primera vez en Drosophila en 1990 (Johnson, 2). En 2003, los piRNA derivados en gran parte de elementos de secuencia repetidos, incluidos los transposones, se encontraron en abundancia en líneas germinales de Drosophila masculinas y femeninas (Theurkauf, 5). Desde entonces, varios estudios han identificado varios piRNA y rutas piwi implicadas en el silenciamiento de transposones en varias especies. Dos de estos sistemas de defensa del genoma contra los transposones son el silenciamiento del transposón MuDR en el maíz y el silenciamiento de los elementos P en Drosophila .
MuDR
En 2006, un estudio de Margaret Roth Woodhouse, Michael Freeling y Damon Lisch identificó un gen que inhibe la transcripción tanto de transposones como de genes de color paramutados en el maíz (Woodhouse, 6). El gen, llamado Mediador de paramutación1 (Mop1), codifica una enzima de procesamiento de ARN que es necesaria para producir los ARN pequeños que son responsables de silenciar el transposón MuDR. Entonces se necesita un segundo gen, Mu killer (MuK), para establecer el silenciamiento hereditario (Gross, 1).
Elementos P
Los elementos P son una familia de transposones que proliferaron recientemente dentro del genoma de Drosophila melanogaster . Los elementos P tienen una tasa de transposición extremadamente alta e inducen esterilidad y desarrollo anormal de gónadas en D. melanogaster (Johnson, 2). Las moscas desarrollaron así una técnica heredada de la madre para combatir el ADN invasivo y silenciar los transposones, ahora conocida como citotipo P. El citotipo P detecta secuencias de ADN en áreas de heterocromatina telomérica y silencia esas secuencias cuando se encuentran en otra parte del genoma. Esto se conoce como efecto de silenciamiento telomérico (EET) (2). Solo dos elementos P en el telómero son suficientes para suprimir otras 80 copias del elemento P en el genoma. El factor citoplasmático utilizado para la EET se acumula a lo largo de generaciones y la supresión de los transposones no es completamente eficaz a menos que los ancestros de la línea femenina de la mosca hayan tenido el elemento P durante seis generaciones (2).
Referencias
- Gross, L (octubre de 2006). "El silenciamiento de transposones mantiene saltando genes en su lugar" . PLoS Biol . 4 (10): e353. doi : 10.1371 / journal.pbio.0040353 . PMC 1563490 . PMID 20076477 .
- Johnson, L. (2008). "Silenciamiento de transposones: la epigenética extraordinaria de una trampa de transposones" . Herencia . 100 (1): 5. doi : 10.1038 / sj.hdy.6801064 . PMID 17895904 .
- Josse, Thibaut; Teysset, Laure; Todeschini, Anne-Laure; Sidor, Clara; Anxolabehere, Dominique; Ronsseray, Stephane (2007). "Trans-silenciamiento telomérico: una represión epigenética que combina el silenciamiento del ARN y la formación de heterocromatina" . PLoS Genetics . 3 (9): 1633–43. doi : 10.1371 / journal.pgen.0030158 . PMC 1976332 . PMID 17941712 .
- Khurana, Jaspreet; Theurkauf, William (2010). "PiRNA, silenciamiento de transposones y desarrollo de la línea germinal de Drosophila" . Revista de biología celular . 191 (5): 905-13. doi : 10.1083 / jcb.201006034 . PMC 2995163 . PMID 21115802 .
- Theurkauf, William (2011). "Silenciamiento de transposones de ARN pequeños". Célula de desarrollo . 21 (2): e3. doi : 10.1016 / j.devcel.2011.07.010 .
- Woodhouse, MR; Pedersen, B; Freeling, M (2010). "Los genes transpuestos en Arabidopsis se asocian a menudo con repeticiones flanqueantes" . PLoS Genet . 6 (5): e1000949. doi : 10.1371 / journal.pgen.1000949 . PMC 2869330 . PMID 20485521 .