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中科院Cell Res新文章聚焦piRNA
點(diǎn)擊次數(shù)：675 發(fā)布時(shí)間：2015-1-15
來自中科院、武漢大學(xué)多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究人員證實(shí)，在小鼠睪丸中MIWI和piRNA介導(dǎo)切割了一些信使RNAs（mRNAs），這一研究結(jié)果發(fā)布在1月13日的《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志上。
中科院動(dòng)物研究所的何順民（Shunmin He）研究員、中科院上海生命科學(xué)學(xué)院的劉默芳(Mo-Fang Liu)研究員，以及武漢大學(xué)的付向東(Xiang-Dong Fu)教授是這篇論文的共同通訊作者。
生殖系細(xì)胞擔(dān)負(fù)著遺傳信息的世代傳遞，其基因組的完整性對(duì)個(gè)體和物種維持都至關(guān)重要。真核生物基因組中存在不少自私的DNA鏈——大量外來入侵的轉(zhuǎn)座子、逆轉(zhuǎn)座子等移動(dòng)型遺傳元件（如轉(zhuǎn)座子、逆轉(zhuǎn)座子及其化石序列就分別占了人和小鼠基因組的46%和39%）。這些自私型遺傳元件能夠在染色體的不同位點(diǎn)間跳躍，導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，甚至引發(fā)癌癥，在生殖細(xì)胞系中，轉(zhuǎn)座子的跳躍則可能導(dǎo)致不育。
piRNA（PIWI-interacting RNA）是繼miRNA之后在2006年發(fā)現(xiàn)的一類新型小分子非編碼RNA，其大小在24-32個(gè)核苷酸之間，特異性地在動(dòng)物生殖細(xì)胞中表達(dá)，對(duì)于維持生殖系DNA完整、抑制轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄、抑制翻譯、參與異染色質(zhì)的形成、執(zhí)行表觀遺傳調(diào)控和生殖細(xì)胞發(fā)生等起重要作用（延伸閱讀：陳大華研究組JCB解析piRNAs發(fā)生機(jī)制 ）。
大量的研究證實(shí)生殖細(xì)胞特異性表達(dá)的PIWI家族蛋白是piRNA作用途徑的中心，為piRNA生物生成及功能所必需。小鼠PIWI家族包括MILI、MIWI和MIWI2三個(gè)成員，在雄性生殖細(xì)胞的分化過程中它們受到時(shí)間和空間上的調(diào)控，其對(duì)于小鼠精子發(fā)生至關(guān)重要。
越來越多的證據(jù)表明，piRNAs發(fā)揮至關(guān)重要的作用介導(dǎo)了表觀遺傳及轉(zhuǎn)錄后沉默轉(zhuǎn)座子。近期的一些研究發(fā)現(xiàn)，果蠅中的piRNAs能夠借助一種不的堿基配對(duì)原則，通過miRNA樣的機(jī)制引導(dǎo)切割轉(zhuǎn)座子源性轉(zhuǎn)錄物。由于許多的piRNAs似乎都具有靶向各種mRNAs的能力，研究人員由此提出了一種有趣的可能性：piRNAs有可能像siRNAs一樣廣泛發(fā)揮作用降解了特異的mRNAs。
在這篇文章中，研究人員報(bào)告稱他們?cè)谝恍┨禺惖膍RNAs上鑒別出了大約200個(gè)潛在的piRNA靶點(diǎn)，這表明piRNA在小鼠的雄性生殖細(xì)胞中介導(dǎo)了這些mRNAs的切割。在這一初期的研究發(fā)現(xiàn)之后，他們對(duì)小鼠圓精細(xì)胞(round spermatids,RS)進(jìn)行了交聯(lián)免疫沉淀結(jié)合深度測(cè)序(crosslinking immunoprecipitation coupled with deep sequencing,CLIP-seq)，證實(shí)大約43%鑒別的piRNA靶位點(diǎn)與MIWI發(fā)生了物理結(jié)合。隨后，他們采用報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)MIWI/piRNA介導(dǎo)了對(duì)靶mRNAs的抑制，并且 MIWI的剪切活性以及負(fù)載piRNA的能力對(duì)于piRNA介導(dǎo)的靶向抑制至關(guān)重要。重要的是，研究人員證實(shí)在精細(xì)胞中異位表達(dá)抵抗piRNA的靶基因可以阻止精子形成，表明某些piRNA靶標(biāo)的適當(dāng)周轉(zhuǎn)（turnover）對(duì)正常的精子形成至關(guān)重要。
這些研究結(jié)果揭示出了一個(gè)粗線期piRNA介導(dǎo)的mRNA切割程序，其是小鼠雄性