中科院Cell Res新文章聚焦piRNA
时间:2015-01-15 阅读:657
来自中科院、武汉大学多个研究机构的研究人员证实,在小鼠睾丸中MIWI和piRNA介导切割了一些信使RNAs(mRNAs),这一研究结果发布在1月13日的《细胞研究》(Cell Research)杂志上。
中科院动物研究所的何顺民(Shunmin He)研究员、中科院上海生命科学学院的刘默芳(Mo-Fang Liu)研究员,以及武汉大学的付向东(Xiang-Dong Fu)教授是这篇论文的共同通讯作者。
生殖系细胞担负着遗传信息的世代传递,其基因组的完整性对个体和物种维持都至关重要。真核生物基因组中存在不少自私的DNA链——大量外来入侵的转座子、逆转座子等移动型遗传元件(如转座子、逆转座子及其化石序列就分别占了人和小鼠基因组的46%和39%)。这些自私型遗传元件能够在染色体的不同位点间跳跃,导致基因组不稳定,甚至引发癌症,在生殖细胞系中,转座子的跳跃则可能导致不育。
piRNA(PIWI-interacting RNA)是继miRNA之后在2006年发现的一类新型小分子非编码RNA,其大小在24-32个核苷酸之间,特异性地在动物生殖细胞中表达,对于维持生殖系DNA完整、抑制转座子转录、抑制翻译、参与异染色质的形成、执行表观遗传调控和生殖细胞发生等起重要作用(延伸阅读:陈大华研究组JCB解析piRNAs发生机制 )。
大量的研究证实生殖细胞特异性表达的PIWI家族蛋白是piRNA作用途径的中心,为piRNA生物生成及功能所必需。小鼠PIWI家族包括MILI、MIWI和MIWI2三个成员,在雄性生殖细胞的分化过程中它们受到时间和空间上的调控,其对于小鼠精子发生至关重要。
越来越多的证据表明,piRNAs发挥至关重要的作用介导了表观遗传及转录后沉默转座子。近期的一些研究发现,果蝇中的piRNAs能够借助一种不的碱基配对原则,通过miRNA样的机制引导切割转座子源性转录物。由于许多的piRNAs似乎都具有靶向各种mRNAs的能力,研究人员由此提出了一种有趣的可能性:piRNAs有可能像siRNAs一样广泛发挥作用降解了特异的mRNAs。
在这篇文章中,研究人员报告称他们在一些特异的mRNAs上鉴别出了大约200个潜在的piRNA靶点,这表明piRNA在小鼠的雄性生殖细胞中介导了这些mRNAs的切割。在这一初期的研究发现之后,他们对小鼠圆精细胞(round spermatids,RS)进行了交联免疫沉淀结合深度测序(crosslinking immunoprecipitation coupled with deep sequencing,CLIP-seq),证实大约43%鉴别的piRNA靶位点与MIWI发生了物理结合。随后,他们采用报告基因实验证实MIWI/piRNA介导了对靶mRNAs的抑制,并且 MIWI的剪切活性以及负载piRNA的能力对于piRNA介导的靶向抑制至关重要。重要的是,研究人员证实在精细胞中异位表达抵抗piRNA的靶基因可以阻止精子形成,表明某些piRNA靶标的适当周转(turnover)对正常的精子形成至关重要。
这些研究结果揭示出了一个粗线期piRNA介导的mRNA切割程序,其是小鼠雄性