Mammalian PIWI-piRNA-target complexes reveal features for broad and efficient target-silencing

Piwi相互作用RNA 阿尔戈瑙特 生物 基因沉默 拉西尔纳 遗传学 转座因子 计算生物学 RNA干扰 细胞生物学 核糖核酸 基因 基因组
作者
Zhiqing Li,Zhenzhen Li,Lili Li,Lin Zeng,Junchao Xue,Huilin Niu,Jing Zhong,Qilu Yu,Dengfeng Li,Shikui Tu,ZZ Zhao Zhang,Chun‐Qing Song,Jianping Wu,En-Zhi Shen
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:1
标识
DOI:10.1101/2023.06.23.546240
摘要

Abstract The PIWI-interacting RNA (piRNA) pathway is an adaptive defense system wherein piRNAs guide PIWI-family Argonaute proteins to recognize and silence ever-evolving selfish genetic elements and ensure genome integrity. Driven by this intensive host-pathogen arms race, piRNA pathway and its targeted transposons have co-evolved rapidly in a species-specific manner, but how the piRNA pathway specifically adapts to target silencing in mammals remains elusive. Here, we show that mouse MILI and human HILI piRISCs bind and cleave targets more efficiently than their invertebrate counterpart from sponge Ephydatia fluviatilis . The inherent functional differences comport with structural features identified by cryo-EM studies of piRISCs. In the absence of target, MILI and HILI piRISCs adopt a wider nucleic-acid-binding channel and display an extended prearranged piRNA seed as compared to Ef Piwi piRISC, consistent with their ability to capture targets more efficiently than Ef Piwi piRISC. In the presence of target, the seed gate—which enforces seed-target fidelity in microRNA RISC—adopts a relaxed state in mammalian piRISC, revealing how MILI and HILI tolerate seed-target mismatches to broaden the target spectrum. A vertebrate-specific lysine distorts the piRNA seed, shifting the trajectory of the piRNA-target duplex out of the central cleft and toward the PAZ lobe. Functional analyses reveal that this lysine promotes target binding and cleavage. Our study therefore provides a molecular basis for the piRNA targeting mechanism in mouse and human, and suggests that mammalian piRNA machinery can achieve broad target silencing using a limited supply of piRNA species.
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