抑制基因组转座子活性的小RNAs在生育调节中的作用

小RNAs可以在转录和转录后水平沉默转座子, 最近发现的几类小RNAs(piRNAs、endo-siRNAs)均具有抑制转座子活性的作用, 其中, 果蝇piRNAs、小鼠piRNAs、小鼠endo-siRNAs及其相关蛋白主要在生殖系表达, 说明小RNAs作用途径在生殖系转座子沉默中扮演着重要角色。最新的研究揭示了小RNAs、转座子沉默、生殖生育调节之间的联系, 然而其具体作用机制尚未得到阐明。文章综述了小RNAs对基因组转座子活性的控制及其在生育调节中的作用。     

小RNAs作用机制的研究进展

RNAi的发现引发了生物学的一次革命, 也揭示了一种原来未被发现的, 通过小RNAs(大小~20–30 nt)家族在转录水平或转录后水平调解基因表达的方式。在真核生物中, 这些小RNAs包括siRNAs、miRNAs、piRNAs、scnRNAs、21U-RNAs和其他一些小RNAs等。它们通过调节基因表达来控制细胞的代谢、生长和分化, 维持基因组的完整性, 协调生殖细胞的成熟和抑制病毒对细胞的侵袭以及转座成分的转座。文章综述了这些小RNAs在鉴定和生物合成方面的研究进展, 并讨论了它们对基因表达的调节作用。     

植物小RNAs的研究进展

小RNAs(长度小于40 nt)是nc-RNAs重要的一部分,现在植物中已发现了多种小RNAs,如小干扰RNAs(siRNAs)、微小RNAs(miRNAs)、反式作用的小干扰RNAs、天然反义转录小干扰RNAs、异染色质小干扰RNAs、长小片段小干扰RNAs、天然反义转录的微小RNAs及其一些未命名的小RNAs.成熟的小RNAs聚集相关的蛋白质因子,可以抑制转录,导致转录水平的基因沉默(TGS);或介导目标mRNA的剪切,抑制翻译,导致转录后水平基因沉默(PTGS).就这些植物小RNAs产生及其作用的研究进展作一概述     

内源小RNAs在植物病原体抗性反应中的作用

内源小RNAs是动植物基因表达的重要调节分子,它们可以通过指导mRNA的降解、抑制翻译或染色体修饰等机制,在转录水平或转录后水平或两个水平沉默基因.内源小RNAs在植物生长发育和生物和非生物胁迫适应反应中具有重要作用,其中3种内源性的小RNAs参与了植物基本免疫反应和对病原体的特异性免疫反应.内源小RNAs的发现为植物抗菌和抗病研究开辟了新思路,就这几种内源性的小RNAs的产生和它们在植物抗病原体反应中的作用做一概述.     

小核仁RNAs及其衍生RNAs的研究进展

小核仁RNAs(small nucleolarRNAs,snoRNAs)是一类发现较早且位于核仁内的小非编码RNAs,在核糖体RNAs(ribosomalRNAs,rRNAs)、信使RNAs(messengerRNAs,mRNAs)、小核RNAs(small nuclearRNAs,snRNAs)的成熟及修饰中均发挥重要作用。snoRNAs的功能及其作用途径一直以来均是学术界的研究热点。目前,snoRNAs对rRNAs的化学修饰作用已得到广泛认可。另外,有研究表明snoRNAs与一些遗传疾病以及肿瘤性疾病的发生发展存在密切关联。近年来研究发现,部分snoRNAs经切割可生成更小的、有功能的RNAs,即小核仁RNAs衍生RNAs(snoRNAs derivedRNAs,sdRNAs),这些sdRNAs中部分具有微小RNAs(microRNAs,miRNAs)的特征,可发挥类似miRNA的作用,这一发现极大地拓展了snoRNAs的作用机制方式。结合国内外研究现状,在总结snoRNAs的结构和基本功能的基础上对sdRNAs与miRNAs之间的相关性进行了综述,以期为后续的相关研究提供参考。     

小RNAs在沉默转座因子中的作用

在很多生物基因组中都存在DNA成分的转座序列,它们能够转座到基因组的很多位点,对基因组造成很大的危害,如破坏编码基因、改变基因表达的调节网络、使染色体断裂或造成大范围基因重排等。真核生物已经进化出了多种机制来控制这些寄生核酸序列造成的损伤,以维持基因组完整性。虽然这些机制在不同生物中有些差异,但其中一种主要的机制是通过小RNAs介导的,这些小RNAs包括小干扰RNAs、piwi相互作用的小RNAs、微小RNAs、扫描RNAs和21U-RNAs等。这些小RNAs可以通过DNA水平剪切转座序列,或在转录和(或)转录后水平沉默转座成分。该文就这些小RNAs沉默转座成分的机制和功能做一论述。     

miRNAs调控lincRNAs的生物信息学预测与功能分析

基因间长链非编码RNAs(Long intergenic non-coding RNAs, lincRNAs)是位于蛋白编码基因之间的长度超过200 nt的非编码RNAs, 在动物中参与细胞周期调控、免疫监视、胚胎干细胞分化等多种生物学过程, 但是lincRNAs在大多数植物中的功能尚不清楚。MicroRNAs(miRNAs)是真核生物中一类在转录水平和转录后水平介导基因沉默的21 nt左右的内源性单链小非编码RNAs分子, 通过序列互补的方式调控靶标基因的表达。目前miRNAs的靶标研究主要集中于编码蛋白的基因, 而对于靶标为非编码RNAs的研究较少, 尤其在植物中的研究更为少见。为了系统挖掘植物中lincRNAs的功能, 文章整合miRNAs数据、cDNAs数据和降解组数据, 利用生物信息学方法找到拟南芥(Arabidopsis thaliana)337个成熟miRNAs在2708个lincRNAs上的可能结合位点, 构建了miRNAs-mRNAs-lincRNAs调控网络, 并根据竞争性内源(ceRNA)假说预测lincRNAs的功能, 为进一步阐明植物中miRNAs对lincRNAs的调控机制以及lincRNAs的功能奠定了基础。     

内源小RNAs在植物胁迫反应中的作用

世界范围内, 农作物的产量都容易受到各种生物和非生物因素的影响, 对植物逆境适应性反应机制的深入研究有助于我们采取新的措施, 以提高作物的逆境适应性。以前通常认为植物适应逆境胁迫的机制主要涉及相关基因在转录水平的调节, 然而, 近来发现部分内源小RNAs(siRNAs), 如miRNAs、 nat-siRNAs和 lsiRNAs不仅可以调节植物的生长发育,而且在植物逆境反应中具有重要作用。文章就这些内源小RNAs在氧、矿质元素、干旱、低温、脱落酸、机械、重金属、生物及其他环境因素胁迫中的作用机制做一概述。     

小RNA分子与精子发生调控

近来研究发现小RNA(small RNAs)可作为转录后及翻译水平上基因表达调节的重要调节因子,利用小RNA来阐明调节精子发生的分子机制取得了显著进展。这些小RNA主要分为3类,即小干扰RNA(siRNA)、微小RNA(miRNA)以及与piwi蛋白相互作用的RNA(piRNA)。在减数分裂和精子发生过程中,小RNA具有多种生物学功能,如利用siRNA体外转染或体内注射来敲低特定基因从而研究该基因在精子发生过程中的作用;miRNA可能参与精子发生中有丝、减数及后减数分裂阶段的基因表达调节;piRNA主要参与调节雄性生殖细胞减数及后减数分裂的过程,在精子发生中起抑制反转录转座子(retrotransposons)的作用。文章对小RNAs合成、作用机制、功能及展望等最新进展进行了综述。     

小RNA的生成机制与功能

小RNA长度在20~32 nt之间,通过染色质修饰、mRNA降解和翻译抑制来调控基因表达。小RNA可以分为三类:小干扰RNA、微小RNA和piRNAs。小干扰RNA主要抵御转座子和病毒的侵袭。微小RNA的表达受发育水平调控且有组织特异性,在发育和细胞分化中起作用。piRNAs在生殖细胞和干细胞中表达,可使反转座子沉默。综述了这几种小RNA的定义与分类、生成机制、功能及其研究方法。     

Small RNAs: regulators and guardians of the genome

Small non-coding RNAs comprise several classes and sizes, but all share a unifying function in cellular physiology: epigenetic regulation of gene expression. Here, we review the salient aspects of recent studies on the biogenesis and function of three classes of small RNAs: miRNAs, siRNAs, and piRNAs. Although the mechanisms are becoming clear by which siRNA-triggered mRNA cleavage silences genes, more studies are needed on several issues regarding miRNA-mediated translation repression. Piwi proteins have been suggested to co-operate in amplifying piRNA biogenesis to maintain transposon silencing in the germ line genome, but details of this process are still unknown as well as the functional consequences of piRNA expression at discrete genomic loci.     

piRNA和PIWI蛋白的功能机制研究进展

piRNA是2006年7月在动物生殖细胞中发现的一类新小分子非编码RNA。piRNA特异地与PIWI家族蛋白相互作用,因此,被命名为PIWI-interacting RNA,简称piRNA。这类长度在26～32核苷酸的小分子非编码RNA代表了一个生殖细胞转座子沉默的独特小RNA通路。它们可能通过与PIWI家族蛋白质相互作用,在表观遗传学水平和转录后水平沉默转座子等基因组自私性遗传元件,参与生殖干细胞自我维持和分化命运决定、减数分裂、精子形成等生殖相关事件。在piRNA发现后短短数年的时间,对其生物发生、功能及作用机制的研究都取得了诸多重大突破。该文就piRNA研究的最新研究进展作一简述。     

piRNAs, transposon silencing, and Drosophila germline development

Transposons are prominent features of most eukaryotic genomes and mobilization of these elements triggers genetic instability. Transposon silencing is particularly critical in the germline, which maintains the heritable genetic complement. Piwi-interacting RNAs (piRNAs) have emerged as central players in transposon silencing and genome maintenance during germline development. In particular, research on Drosophila oogenesis has provided critical insights into piRNA biogenesis and transposon silencing. In this system, the ability to place piRNA mutant phenotypes within a well-defined developmental framework has been instrumental in elucidating the molecular mechanisms underlying the connection between piRNAs and transposon control.     

Small noncoding RNAs in the germline

Small noncoding RNAs have emerged as potent regulators of gene expression, especially in the germline. We review the biogenesis and regulatory function of three major small noncoding RNA pathways in the germline: The small interfering RNA (siRNA) pathway that leads to the degradation of target mRNAs, the microRNA (miRNA) pathway that mostly represses the translation of target mRNAs, and the newly discovered Piwi-interacting RNA (piRNA) pathway that appears to have diverse functions in epigenetic programming, transposon silencing, and the regulation of mRNA translation and stability. The siRNA and miRNA pathways are present in the germline as well as many somatic tissues, whereas the piRNA pathway is predominantly confined to the germline. Investigation of the three small RNA pathways has started to reveal a new dimension of gene regulation with defining roles in germline specification and development.     

小RNA与蛋白质的相互作用

小分子调控RNA,包括siRNA（small interfering RNA）、miRNA（microRNA）和piRNA（piwiinteracting RNA）、hsRNA（heterochromatin associatedsmall RNA）等,是当前生命科学研究的前沿热点。越来越多的证据表明,这些小分子RNA存在于几乎所有较高等的真核生物细胞中,对生物体具有非常重要的调控功能。它们通过各种序列特异性的RNA基因沉默作用,包括RNA干扰（RNAi）、翻译抑制、异染色质形成等,调控诸如生长发育、应激反应、沉默转座子等各种各样的细胞进程。随着对这些小分子调控RNA的发现,一些RNascⅢ酶家族成员、Argonaute蛋白质家族成员及RNA结合蛋白质等先后被鉴定为小RNA的胞内蛋白质合作者,参与小RNA的加工成熟和在细胞内行使功能。本综述简介一些RNA沉默作用途径中重要组分的结构和功能的研究进展。     

植物RNA沉默的分子机制研究进展

RNA沉默（RNA silencing）是真核生物中的一种抵抗外源遗传因子（病毒、转座子或转基因）及调控基凶表达的防御机制。参与植物RNA沉默的酶及蛋白质主要包括6种RNA依赖的RNA聚合酶、4种Dicer-like（DCL）核酸内切酶和10种Argonautes蛋白。植物中4条RNA沉默途径分别由微小RNA（miRNAs）和3种小干扰RNA（siRNAs）介导,包括反式作用siRNAs（ta－siRNAs）、天然反义siRNAs（natsiRNAs）和异染色质siRNAs（hc-siRNAs）。在植物RNA沉默的系统性传播中,由DCL4或DCL2将dsRNAs裁剪为次级SiRNAS,以放大RNA沉默信号和增强沉默效应。     

Processing of Drosophila endo-siRNAs depends on a specific Loquacious isoform

Drosophila melanogaster expresses three classes of small RNAs, which are classified according to their mechanisms of biogenesis. MicroRNAs are ∼22–23 nucleotides (nt), ubiquitously expressed small RNAs that are sequentially processed from hairpin-like precursors by Drosha/Pasha and Dcr-1/Loquacious complexes. MicroRNAs usually associate with AGO1 and regulate the expression of protein-coding genes. Piwi-interacting RNAs (piRNAs) of ∼24–28 nt associate with Piwi-family proteins and can arise from single-stranded precursors. piRNAs function in transposon silencing and are mainly restricted to gonadal tissues. Endo-siRNAs are found in both germline and somatic tissues. These ∼21-nt RNAs are produced by a distinct Dicer, Dcr-2, and do not depend on Drosha/Pasha complexes. They predominantly bind to AGO2 and target both mobile elements and protein-coding genes. Surprisingly, a subset of endo-siRNAs strongly depend for their production on the dsRNA-binding protein Loquacious (Loqs), thought generally to be a partner for Dcr-1 and a cofactor for miRNA biogenesis. Endo-siRNA production depends on a specific Loqs isoform, Loqs-PD, which is distinct from the one, Loqs-PB, required for the production of microRNAs. Paralleling their roles in the biogenesis of distinct small RNA classes, Loqs-PD and Loqs-PB bind to different Dicer proteins, with Dcr-1/Loqs-PB complexes and Dcr-2/Loqs-PD complexes driving microRNA and endo-siRNA biogenesis, respectively.     

Small RNAs in the animal gonad: Guarding genomes and guiding development

Germ cells must safeguard, apportion, package, and deliver their genomes with exquisite precision to ensure proper reproduction and embryonic development. Classical genetic approaches have identified many genes controlling animal germ cell development, but only recently have some of these genes been linked to the RNA interference (RNAi) pathway, a gene silencing mechanism centered on small regulatory RNAs. Germ cells contain microRNAs (miRNAs), endogenous siRNAs (endo-siRNAs), and Piwi-interacting RNAs (piRNAs); these are bound by members of the Piwi/Argonaute protein family. piwi genes were known to specify germ cell development, but we now understand that mutations disrupting germline development can also affect small RNA accumulation. Small RNA studies in germ cells have revealed a surprising diversity of regulatory mechanisms and a unifying function for germline genes in controlling the spread of transposable elements. Future challenges will be to understand the production of germline small RNAs and to identify the full breadth of gene regulation by these RNAs. Progress in this area will likely impact biomedical goals of manipulating stem cells and preventing diseases caused by the transposition of mobile DNA elements.