Analysis of variation in PIWI-interacting RNA (piRNA) expression in testes of different mouse strains

Abstract

Piwi-interacting RNAs (piRNAs) are a class of small non-coding RNAs present in the germline of most animals which are responsible for silencing transposable elements (TEs) through base-pair complementarity. We performed an extensive study of the expression of piRNAs in the male germline of five inbred mouse strains. We tested for variation in piRNA expression between different mouse strains. Furthermore, we tested whether variation in transposon copies between mouse strains affects the expression of piRNAs. We analyzed piRNA expression from previously known piRNA clusters and also from piRNA clusters that we predicted de novo. The results, with the documented clusters as well as with the de novo ones show a significant correlation between piRNA differential expression and the different status of a very young retrotransposon, the murine intracisternal A-particle (IAP) in the strains being compared. We found that the presence of an IAP in the region being expressed, in just one of the strains, (±10kb) was highly correlated with differential expression of the cluster between both strains. To the best of our knowledge this is the most extensive study in which variation in piRNA clusters expression in testes between genetically diverse individuals has been reported in any mammalian species. This work suggests a mechanism for piRNA evolution and piRNA biogenesis through endogenous retrovirus insertions in genes and piRNA clusters.

Los ARN asociados a Piwi (piRNAs) son una clase de pequeños ARN no codificante presentes en la línea germinal de la mayoría de animales que son responsables de silenciar transposones (TEs) a través de complementariedad de bases. Hemos llevado a cabo un extensivo estudio de la expresión de piRNA en la línea germinal masculina de cinco líneas puras de ratones y hemos testeado la variación en la expresión de piRNA entre las distintas líneas. También hemos testeado si la variación entre las copias de transposones presentes en las distintas líneas de ratón afectaba a la expresión de piRNAs. Para ello hemos analizado la expresión de piRNA en agrupaciones (clusters) ya conocidos previamente y también en agrupaciones que hemos predicho de novo. Los resultados, tanto con los clusters ya documentados como con los predichos de novo, muestran una correlación significativa entre la expresión diferencial de piRNA y la diferente presencia en las dos líneas comparadas de un transposón muy joven (murine intracisternal A-particle, IAP). La presencia de un IAP en la región expresada (±10kb) en solo una de las dos líneas, está altamente correlacionada con una expresión diferencial del cluster correspondiente entre las dos líneas. Hasta donde hemos podido comprobar este es el estudio más extenso llevado a cabo en el que variación en la expresión de clusters de piRNAs ha sido documentada en cualquier especie de mamíferos. Este trabajo sugiere un mecanismo para la evolución y biogénesis de piRNAs a través de inserciones de retrovirus endógenos en genes y clusters de piRNA.

Els ARN associats a Piwi (piRNAs) són una classe de petits ARN no codificant presents en la línia germinal de la majoria d'animals que són responsables de silenciar transposons (TEs) a través de complementarietat de bases. Hem dut a terme un extensiu estudi de l'expressió de Pirna en la línia germinal masculina de cinc línies pures de ratolins i hem testejat la variació en l'expressió de Pirna entre les diferents línies. També hem testejat si la variació entre les còpies de transposons presents en les diferents línies de ratolí afectava l'expressió de piRNAs. Per a això hem analitzat l'expressió de Pirna en agrupacions (clústers) ja coneguts prèviament i també en agrupacions que hem predit de novo. Els resultats, tant amb els clústers ja documentats com amb els predits de novo, mostren una correlació significativa entre l'expressió diferencial de Pirna i la diferent presència a les dues línies comparades d'un transposó molt jove (Murine intracisternal A-particle, IAP). La presència d'un IAP a la regió expressada (± 10kb) en només una de les dues línies, està altament correlacionada amb una expressió diferencial de l'clúster corresponent entre les dues línies. Fins on hem pogut comprovar aquest és l'estudi més extens dut a terme en el qual variació en l'expressió de clústers de piRNAs ha estat documentada en qualsevol espècie de mamífers. Aquest treball suggereix un mecanisme per a l'evolució i biogènesi de piRNAs a través d'insercions de retrovirus endògens en gens i clústers de Pirna.