Nat Rev Mol Cell Bio（IF=114）| 刘默芳等发表piRNA的新兴作用和功能机制

PIWI 相互作用的 RNA (piRNA) 是一类与 Argonaute 家族的 PIWI 进化枝的蛋白质相关的小型非编码 RNA。首先在动物生殖系细胞中发现，piRNA 在生殖系发育中具有重要作用。要描述的 PIWI-piRNA 复合物的第一个功能是沉默转座因子，这对于维持种系基因组的完整性至关重要。后来的研究通过证明它们调节蛋白质编码基因，为PIWI-piRNA复合物的功能提供了新的见解。最近对 piRNA 生物学的研究，包括在金仓鼠等新模式生物中的研究，加深了我们对 piRNA 生物发生和 piRNA 功能的理解。

2022年9月14日，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所/中国科学院分子细胞科学卓越创新中心刘默芳及法国蒙彼利埃大学Martine Simonelig共同通讯在Nature Reviews Molecular Cell Biology （IF=114）在线发表题为“Emerging roles and functional mechanisms of PIWI-interacting RNAs”的综述文章，该综述讨论了对 piRNA 生物发生、piRNA 功能的分子机制以及 piRNA 在果蝇和小鼠的胚系发育以及人类不育、癌症和神经系统疾病中的新兴作用的理解方面的最新进展。

2006 年，根据黑腹果蝇的初步证据，几个研究小组独立地报告了来自果蝇、小鼠和大鼠生殖细胞的一种长度为 23-31 个核苷酸的小非编码 RNA，这是以前未知的一类。这些小 RNA 被称为“PIWI 相互作用 RNA”（piRNA），因为它们与 Argonaute 蛋白家族的特定 PIWI 进化枝成员相互作用：果蝇中的Aubergine (Aub)、Argonaute 3 (Ago3) 和 Piwi；以及小鼠中的 MIWI、MILI 和 MIWI2。与分别由 RNase III 酶 Dicer 从发夹形前体和长双链 RNA 生成的 microRNA (miRNA) 和小干扰 RNA (siRNA) 不同，piRNA 是由独立于 Dicer 的单链前体转录物生成的。piRNA 也更长（秀丽隐杆线虫除外）并且在其 3' 末端具有 2'-O-甲基化。miRNA、siRNA 和 piRNA 与 Argonaute 蛋白结合，并通过互补的碱基配对规则引导它们靶向基因。真核生物 Argonaute 家族分为 AGO 进化枝和 PIWI 进化枝亚家族；AGO 蛋白普遍表达并结合 miRNA 或 siRNA，而 PIWI 蛋白在动物生殖细胞中高度表达并与 piRNA 特异性相互作用。PIWI-piRNA-靶复合物具有不同于 AGO-miRNA-靶复合物的结构排列。独特的 piRNA-靶标相互作用可以部分解释为 piRNA 的长度更长。与 miRNA 不同，piRNA 前体和由此产生的 piRNA 序列快速进化并且在物种之间不保守。此外，piRNA 显示出巨大的序列多样性，支持其庞大的靶标库和多种细胞作用。

PIWI-piRNA 复合物的主要功能是在动物生殖细胞的转录水平和转录后水平沉默转座因子 (TE)。然而，许多 piRNA 序列来源于与 TE 无关的独特基因组序列，这意味着 piRNA 具有超越 TE 沉默的作用。越来越多的证据表明 PIWI-piRNA 机制还可以调节生殖细胞中的蛋白质编码基因。PIWI-piRNA 复合物的生物学功能在生殖细胞中得到了最好的表征。从节肢动物到哺乳动物，piRNA 通路基因对于精子发生、卵子发生或两者都是必不可少的，具体取决于动物模型。已经在节肢动物和涡虫中报道了 PIWI-piRNA 复合物在体细胞中的其他功能，这可能代表了 piRNA 途径的祖先功能。事实上，涡虫和其他再生物种中的 PIWI-piRNA 复合物与干性和再生能力有关，而在秀丽隐杆线虫中，它们在跨代遗传中起作用。此外，PIWI-piRNA 失调与多种人类疾病有关，包括不孕症、癌症和神经退行性疾病。在这篇综述中，讨论了对 piRNA 簇转录、piRNA 生物发生以及 PIWI-piRNA 复合物在 TE 沉默、蛋白质编码基因调控和胚系发育。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41580-022-00528-0

转自：“iNature”微信公众号

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