Argonautenproteine

Ein Argonaute Protein aus Pyrococcus furiosus.

Argonautenproteine sind eine Familie von Proteinen, deren Vertreter evolutionär stark konserviert sind. Sie kommen in fast allen Organismen vor, wo sie eine wichtige Rolle in der Aktivierung und Regulation von Genen spielen.

Argonautenproteine sind ungefähr 100 kDa große, überwiegend basische Proteine aus den Untereinheiten PAZ und PIWI. Die PAZ-Domäne besteht aus 130 Aminosäuren, und kann auch im Protein Dicer gefunden werden. Sie bindet die targetierende si/miRNA und dient evtl. auch als Protein-Protein Interaktions-Domäne zur Endonuclease Dicer. Die C-terminale PIWI-Domäne hat die Mg²⁺ abhängige Endonucleaseaktivität gegen die zu schneidende Substrat-mRNA. Eine Einteilung von Argonautenproteinen erfolgt aufgrund von Übereinstimmungen in der Protein-Sequenz in drei Klassen:

Argonaute-like-Proteins → ähnlich zum Arabidopsis thaliana-Protein AGO1
PIWI-like-Proteins → starke Verwandtschaft mit PIWI-Protein aus Drosophila melanogaster
group-3-Argonautes → kürzlich entdeckte Gruppe von Argonautenproteinen in Caenorhabditis elegans

Vertreter der AGO-Familie sind an RNA-Interferenz-Reaktionen (RNAi), dem microRNA bedingten mRNA Abbau und dem posttranskriptionellen Gen-Silencing (PTGS) der Pflanzenwelt beteiligt. Argonautenproteine sind Bestandteil des sogenannten RNA-induced-silencing-complex (RISC) welcher bei der RNA Interferenz eine zentrale Rolle spielt. Ago2 bindet die Small-interfering-RNA-Anteil (siRNA), schneidet zunächst deren nicht-targetierenden Komplementärstrang und - nach erfolgreicher Bindung - die Substrat-mRNA.

Je nach untersuchtem System bilden Argonautenproteine a priori Komplexe mit DICER, in Maximalbeschreibung liegen DICER, TRBP, Ago2 als Proteinkomplex des RISC vor, nach Schnitt der dsRNA(RNAi) bzw. pre-miRNA dissoziiere DICER vom nun aktiven RISC.

Je nach Organismus kodiert das Genom 5 (z. B. Taufliegen), 8 (z. B. Mensch) oder sogar bis zu 27 (z. B. Caenorhabditis elegans) Argonautenproteine. Es gibt jedoch auch Organismen, wie z. B. den Parasiten Trypanosoma cruzi, welcher im Laufe der Evolution seine gesamte RNAi-Maschinerie abgelegt hat, und nur noch katalytisch inaktive AGO-Proteine besitzt.

Literatur

Biochemical Identification of Argonaute 2 as the sole protein required for RNA induced silencing complex activity. PNAS 2004;101:14385
Human RISC couples microRNA biogenesis and posttranscriptional gene silencing. Cell 2005;123:631
A human, ATP-independent, RISC assembly machine fueled by pre-miRNA. Genes Dev 2005;19:2979
Human Argonaute2 mediates RNA cleavage targeted by miRNAs and siRNAs. Mol Cell 2004;15:185
Argonaute2 cleaves the anti-guide strand of siRNA during RISC activation. Cell 2005;123:621
The Argonaute family: tentacles that reach into RNAi, developmental control, stem cell maintenance, and tumorigenesis. Genes Dev. 2002 Nov 1;16(21):2733-42. Review.
K. Jaronczyk, J. B. Carmichael, T. C. Hobman: Exploring the functions of RNA interference pathway proteins: some functions are more RISCy than others?. Biochem. J. (2005) 387 (561–571) (Volltext)
Gyorgy Hutvagner* and Martin J. Simard: Argonaute proteins: key players in RNA silencing. Nature Reviews Molecular Cell Biology 9, 22-32 (January 2008)

Weblinks

The microRNA world: small is mighty (PDF; 331 kB)
David Goodsell: Molecule of the Month: Small Interfering RNA (siRNA)