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<title>PIWI-Proteine</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">PIWI-Proteine</span></h1>

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</div>

<p>Die Gruppe der <b>piwi</b>-<a href="Gen" title="Gen">Gene</a> codiert für eine Klasse von <a href="Protein" title="Protein">Proteinen</a>, die mit <a href="PiRNA" title="PiRNA">piRNAs</a> interagieren und mit deren Hilfe an der <a href="Genregulation" title="Genregulation">Genregulation</a> von Eukaryoten beteiligt sind. Der Name piwi (manchmal auch PIWI) steht für <b>P-element induced wimpy testis</b>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Funktion">Funktion</h2></div>

<p>Um die Expression von Genen zu stoppen (<a href="Gen-Silencing" title="Gen-Silencing">Gen-Silencing</a>) gibt es einen weit verbreiteten genetischen Mechanismus (<a href="RNA-Interferenz" title="RNA-Interferenz">RNA-Interferenz</a>), der darin besteht, kurze RNA-Fragmente, die die entsprechende <a href="MRNA" title="MRNA">mRNA</a> erkennen können, an Proteine (RNasen oder Endonukleasen) zu binden, die diese mRNA abbauen. Die speziellen <a href="Endonuklease" title="Endonuklease">Endonukleasen</a> müssen dazu mit sog. Argonautenproteinen interagieren. Eine Untergruppe dieser Argonautenproteine sind die Piwi-Proteine, die durch ein bestimmtes Sequenzmotiv, die Piwi-Domäne, charakterisiert sind. Die Besonderheit der Piwi-Proteine besteht darin, dass sie nur in <a href="Keimzellen" class="mw-redirect" title="Keimzellen">Keimzellen</a> exprimiert werden und daher für deren Entwicklung unabdingbar sind. Bei <a href="Drosophila" title="Drosophila">Drosophila</a> führen <a href="Mutation" title="Mutation">Mutationen</a> im Gen für das Piwi-Protein zur Sterilität und dem Verlust von Keimzellen in beiden Geschlechtern. Piwi-Proteine binden zur Unterbrechung der Proteinproduktion ihrer Zielgene an einer speziellen Gruppe von kleinen RNA-Fragmenten, den <a href="PiRNA" title="PiRNA">piRNAs</a>. Durch die Untersuchung und Charakterisierung der pi-RNAs konnten bislang verschiedene Piwi-Proteine nachgewiesen werden.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Forschungsgeschichte">Forschungsgeschichte</h2></div>

<p>Die <b>Piwi</b>-Gene wurden zuerst bei der Fruchtfliege <a href="Drosophila" title="Drosophila">Drosophila</a> beschrieben.<sup id="cite_ref-Saito_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-Saito-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Bei den Piwis handelt es sich um Mitglieder einer Gruppe von Genen, die bei Untersuchungen von Stammzellen entdeckt wurden und für die Regulation der Teilungsrate von Keimzellen verantwortlich sind.<sup id="cite_ref-Cox_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-Cox-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die Piwi-Proteine sind evolutionär hoch konserviert und kommen bei Pflanzen und Tieren vor.<sup id="cite_ref-Cox2_4-0" class="reference"><a href="#cite_note-Cox2-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Beim Menschen gibt es ein Homolog, dessen Fehlregulation an der Entstehung von <a href="Seminom" title="Seminom">Seminomen</a> beteiligt ist und Hiwi genannt wird.<sup id="cite_ref-Qiao_5-0" class="reference"><a href="#cite_note-Qiao-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Das Maus-Homolog heißt demnach Miwi.<sup id="cite_ref-Deng_6-0" class="reference"><a href="#cite_note-Deng-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Rolle_bei_der_RNA-Interferenz">Rolle bei der RNA-Interferenz</h2></div>

<p>Bei der sog. <b>Piwi-Domäne</b> handelt es sich um eine <a href="Proteindom%C3%A4ne" title="Proteindomäne">Proteindomäne</a> mit einer Sequenzhomologie zum Piwi-Protein, die bei einer großen Anzahl von nukleinsäurebindenden Proteinen vorkommt, insbesondere solchen, die RNA verdauen. Die am besten untersuchte Gruppe dieser Proteine sind die Argonautenproteine. Die Argonauten sind <a href="RNase_H" class="mw-redirect" title="RNase H">RNase-H</a>-ähnliche <a href="Enzym" title="Enzym">Enzyme</a>, die den RNA-Abbau im <a href="RNA-induced_silencing_complex" class="mw-redirect" title="RNA-induced silencing complex">RISC</a>-Komplex besorgen. Bei der RNA-Interferenz binden die Argonauten im RISC-Komplex an kleine RNA-Moleküle, die <a href="SiRNA" class="mw-redirect" title="SiRNA">siRNA</a>, die von <a href="DsRNA" class="mw-redirect" title="DsRNA">dsRNA</a> oder <a href="MiRNA" class="mw-redirect" title="MiRNA">miRNA</a> abstammt. Dieses RNA-Protein-Gebilde ist nun in der Lage, gezielt an bestimmte <a href="MRNA" title="MRNA">mRNAs</a> zu binden, diese abzubauen und so die Expression der entsprechenden Gene zu stoppen. Aus Röntgenstrukturanalysen von kristallisierten Piwi-Domänen weiß man, dass diese eine basische Bindungsstelle für das 5'-Ende der an sie gebundenen kurzen RNA-Moleküle haben. Im Falle der Argonauten erfolgt diese Bindung mithilfe eines <a href="Tyrosin" title="Tyrosin">Tyrosin</a>-Restes.<sup id="cite_ref-Ma_7-0" class="reference"><a href="#cite_note-Ma-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="piRNAs_und_Transposon-silencing">piRNAs und Transposon-silencing</h2></div>

<p>Es wird angenommen, dass Piwi-Proteine ihre Fähigkeit, die Keimzell-Induktion herbeizuführen der Interaktion mit <a href="MiRNA" class="mw-redirect" title="MiRNA">miRNAs</a> verdanken, die für ihre Schlüsselrolle in der <a href="Embryonalentwicklung" class="mw-redirect" title="Embryonalentwicklung">Embryonalentwicklung</a> von <a href="Drosophila" title="Drosophila">Drosophila</a> bekannt sind.<sup id="cite_ref-Megosh_8-0" class="reference"><a href="#cite_note-Megosh-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dabei wurde eine Gruppe von kurzen RNAs entdeckt, die etwas länger als miRNAs sind und wegen ihrer Interaktion mit den Piwi-Proteinen "Piwi-interacting RNAs" <a href="PiRNA" title="PiRNA">pi-RNAs</a> genannt werden. Ihre Größe schwankt zwischen 26 und 31 <a href="Nukleotid" class="mw-redirect" title="Nukleotid">Nukleotiden</a>. Diese piRNAs werden ausschließlich in den spermatogenetischen Zellen der <a href="Hoden" title="Hoden">Hoden</a> hergestellt.<sup id="cite_ref-Kim_9-0" class="reference"><a href="#cite_note-Kim-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> piRNAs wurden bei <a href="Hausmaus" title="Hausmaus">Mäusen</a>, <a href="Ratten" title="Ratten">Ratten</a> und Menschen gefunden. Die ihnen zugehörigen Gene zeigen eine ungewöhnliche "geclusterte" genomische Organisation.<sup id="cite_ref-Girard_10-0" class="reference"><a href="#cite_note-Girard-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> die vermutlich von repetitiven Genomabschnitten herstammt. Solche repetitiven DNA-Sequenzen stammen meist von im <a href="Heterochromatin" title="Heterochromatin">Heterochromatin</a> befindlichen <a href="Retrotransposon" title="Retrotransposon">Retrotransposonen</a>, die wiederum ihren Ursprung im Antisense-Strang von <a href="DsRNA" class="mw-redirect" title="DsRNA">dsRNA</a> haben.<sup id="cite_ref-Vagin_11-0" class="reference"><a href="#cite_note-Vagin-11"><span class="cite-bracket">[</span>11<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Aufgrund dieses Sachverhaltes werden piRNAs auch zur Gruppe der <i>repeat-associated small interfering RNAs</i>, den rasiRNAs gezählt.<sup id="cite_ref-Saito_2-1" class="reference"><a href="#cite_note-Saito-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Obwohl ihre biologische Funktion bislang noch nicht vollständig verstanden ist, vermutet man daher, dass piRNAs und Piwi-Proteine ein molekulares System bilden, das die Expression von sog. egoistischen Genen wie Retrotransposonen kontrollieren und somit deren störenden Einfluss auf die Keimzellreifung verhindern.<sup id="cite_ref-Vagin_11-1" class="reference"><a href="#cite_note-Vagin-11"><span class="cite-bracket">[</span>11<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">C. R. Faehnle, L. Joshua-Tor: <i>Argonautes confront new small RNAs.</i> In: <i>Curr Opin Chem Biol.</i> 11(5), Okt 2007, S. 569–577. Review. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17928262?dopt=Abstract">PMID 17928262</a>.</span>

</li>

<li id="cite_note-Saito-2"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-Saito_2-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-Saito_2-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text">K. Saito, K. M. Nishida, T. Mori, Y. Kawamura, K. Miyoshi, T. Nagami, H. Siomi, M. C. Siomi: <i>Specific association of Piwi with rasiRNAs derived from retrotransposon and heterochromatic regions in the Drosophila genome.</i> In: <i>Genes Dev.</i> 20(16), 2006, S. 2214–2222. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16882972?dopt=Abstract">PMID 16882972</a></span>

</li>

<li id="cite_note-Cox-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Cox_3-0">↑</a></span> <span class="reference-text">D. N. Cox, A. Chao, H. Lin: <i>piwi encodes a nucleoplasmic factor whose activity modulates the number and division rate of germline stem cells.</i> In: <i>Development.</i> 127(3), 2000, S. 503–514. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10631171?dopt=Abstract">PMID 10631171</a></span>

</li>

<li id="cite_note-Cox2-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Cox2_4-0">↑</a></span> <span class="reference-text">D. N. Cox, A. Chao, J. Baker, L. Chang, D. Qiao, H. Lin: <i>A novel class of evolutionarily conserved genes defined by piwi are essential for stem cell self-renewal.</i> In: <i>Genes Dev.</i> 12(23), 1998, S. 3715–3727. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9851978?dopt=Abstract">PMID 9851978</a></span>

</li>

<li id="cite_note-Qiao-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Qiao_5-0">↑</a></span> <span class="reference-text">D. Qiao, A. M. Zeeman, W. Deng, L. H. Looijenga, H. Lin: <i>Molecular characterization of hiwi, a human member of the piwi gene family whose overexpression is correlated to seminomas.</i> In: <i><a href="Oncogene" title="Oncogene">Oncogene</a>.</i> 21(25), 2002, S. 3988–3999. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12037681?dopt=Abstract">PMID 12037681</a></span>

</li>

<li id="cite_note-Deng-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Deng_6-0">↑</a></span> <span class="reference-text">W. Deng, H. Lin: <i>miwi, a murine homolog of piwi, encodes a cytoplasmic protein essential for spermatogenesis.</i> In: <i>Dev Cell.</i> 2(6), 2002, S. 819–830. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12062093?dopt=Abstract">PMID 12062093</a></span>

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<li id="cite_note-Ma-7"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Ma_7-0">↑</a></span> <span class="reference-text">J. Ma, Y. Yuan, G. Meister, Y. Pei, T. Tuschl, D. Patel: <i>Structural basis for 5'-end-specific recognition of guide RNA by the A. fulgidus Piwi protein.</i> In: <i>Nature.</i> 434 (7033), 2005, S. 666–670. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15800629?dopt=Abstract">PMID 15800629</a></span>

</li>

<li id="cite_note-Megosh-8"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Megosh_8-0">↑</a></span> <span class="reference-text">H. B. Megosh, D. N. Cox, C. Campbell, H. Lin: <i>The role of PIWI and the miRNA machinery in Drosophila germline determination.</i> In: <i>Curr Biol.</i> 16(19), 2006, S. 1884–1894. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16949822?dopt=Abstract">PMID 16949822</a></span>

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<li id="cite_note-Kim-9"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Kim_9-0">↑</a></span> <span class="reference-text">V. N. Kim: <i>Small RNAs just got bigger: Piwi-interacting RNAs (piRNAs) in mammalian testes.</i> In: <i>Genes Dev.</i> 20(15), 2006, S. 1993–1997. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16882976?dopt=Abstract">PMID 16882976</a></span>

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<li id="cite_note-Girard-10"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Girard_10-0">↑</a></span> <span class="reference-text">A. Girard, R. Sachidanandam, G. J. Hannon, M. A. Carmell: <i>A germline-specific class of small RNAs binds mammalian Piwi proteins.</i> In: <i>Nature.</i> 442(7099), 2006, S. 199–202. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16751776?dopt=Abstract">PMID 16751776</a></span>

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<li id="cite_note-Vagin-11"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-Vagin_11-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-Vagin_11-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text">V. V. Vagin, A. Sigova, C. Li, H. Seitz, V. Gvozdev, P. D. Zamore: <i>A distinct small RNA pathway silences selfish genetic elements in the germline.</i> In: <i>Science.</i> 313(5785), 2006, S. 320–324. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16809489?dopt=Abstract">PMID 16809489</a></span>

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<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li>SCOP: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://scop.berkeley.edu/sunid=110640&ver=1.69">PIWI domain family</a></li></ul></div><div><div class="zim-footer">

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