线虫prg-1基因对小RNA表达的影响

以秀丽隐杆线虫为材料发现,prg-1基因突变不仅影响piRNA的表达,还影响部分miRNA的表达,同时还发现ncRNA-like型小RNA,对ncRNA-like序列比较,认为ncRNA-like与piRNA或miRNA序列极为相似;对ncRNA-like与miRNA或piRNA的基因座比较,发现ncRNA-like与miRNA或piRNA基因座完全相同．推测这些ncRNA-like型小RNA可能与miRNA或piRNA有着相同的RNA前体来源．     

新型非编码小RNA——Piwi-interacting RNA(piRNA)

piRNA(Piwi-interacting RNA)是最近从哺乳动物睾丸组织中发现的一类能与PIWI蛋白质相互作用,且长度分布在26～31nt的新型小分子单链RNA,主要综述piRNA的相关研究进展.     

一类新的基因沉默小RNA-piRNA（piwi-interacting RNA）

piRNA是单链非编码小分子RNA,长度约26-31nt,大部分集中在29-30nt,5’端具有尿嘧啶偏向性（约86％）,能够与Argonaute蛋白家族中的Piwi亚家族蛋白相互结合而产生作用。piRNA的功能主要是维持基因组中转座子的正常沉默状态,以防止基因组中转座子爆发而引起相应基因的改变。piRNA与siRNA及miRNA均是近些年发现的非编码小RNA,它们均可通过一套相应的机制进行RNA干扰,在转录、转录后甚至翻译水平对靶基因及蛋白进行调节,它们之间既有联系又有区别。piRNA数据库的建立将对这类小分子RNA的研究有很大的促进作用。     

piRNA：一类新的非编码小RNA

piRNA（Piwi-interacting RNA）是从哺乳动物生殖细胞中分离得到的一类长度约为30nt的小RNA,并且这种小RNA与PIWI蛋白家族成员相结合才能发挥它的调控作用。目前,越来越多的文献表明piRNA在生殖细胞的生长发育中的调控是由于Piwi-piRNA复合物引起的基因沉默导致的,但由于对piRNA的研究尚处于初级阶段,它的一些具体的功能和生源论尚在研究当中。本文主要综述了piRNA的最新研究进展。     

piRNA——一种新型的小分子RNA

小分子RNA已成为全球生物学研究关注的热点之一.最近,在哺乳动物的生殖细胞中发现了一种新型的小分子RNA：piRNA,比以往发现的小分子RNA稍长些,大小在30个核苷酸左右,piRNA必须与哺乳动物的Piwi蛋白结合才能发挥作用.目前对piRNA的研究还处于初始阶段,但鉴于piRNA主要分布在包括人类等数种动物体睾丸的精原细胞内,科学家们推测这类小分子RNA可能与动物体内精子的发育和维持的功能相关.     

RNA干涉分子机制研究进展

RNA干涉（RNA interference,RNAi）是生物体内的一种通过双链RNA(dsRNA)来抵抗病毒入侵和抑制转座子活动的自然机制.双链RNA与同源mRNA互补结合而使特定基因失活,这一过程已经在包括拟南芥、线虫和真菌等多种模式生物中得到揭示.近来研究表明,21～25 nt的小干涉RNA（small interference RNA, siRNA）可介导哺乳动物细胞特异性基因沉默.RNAi具有高效性和高度特异性,可能成为关闭基因的新技术而在基因功能研究和疾病基因治疗中发挥重要作用.     

piRNA的功能研究进展

piRNA是一类种类繁多的小RNA,通常在生殖类细胞中表达,其功能是抑制转座子的转座,维持基因组结构的稳定性。对线虫piRNA研究发现,piRNA还具有记忆基因表达的功能。体细胞和癌细胞中piRNA的发现,更凸显了piRNA功能的重要性和多样性。本文梳理了近几年来piRNA功能研究的最新成果,包括piRNA在调控转座子、mRNA、lncRNA、DNA甲基化修饰、染色体表观修饰等方面的功能,同时也探讨了piRNA和癌症的关系。     

意大利蜜蜂工蜂中肠piRNA的鉴定与分析

【目的】Piwi蛋白互作RNA(PIWI-interacting RNA, piRNA)在昆虫的发育和免疫等重要生物学过程发挥重要的调控作用。本研究旨在丰富西方蜜蜂Apis mellifera的piRNA信息,并为进一步探究差异表达piRNA(differentially expressed piRNA, DEpiRNA)调控意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂中肠发育的分子机理提供基础。【方法】基于已获得的意大利蜜蜂7日龄(Am7)和10日龄(Am10)工蜂中肠的small RNA(sRNA)组学数据,对piRNA进行预测和分析。将质控后的sRNA数据比对西方蜜蜂参考基因组,再将比对上的序列标签(tags)进一步比对数据库以滤除rRNA和tRNA等小非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA),进而根据piRNA的长度特征鉴定piRNA。采用TPM(tags per million)算法对piRNA表达量进行计算和归一化处理。根据|log₂ fold change|≥1且P≤0.05的标准筛选Am7 vs Am10 比较组的DEpiRNA。通过相关软件预测DEpiRNA的靶mRNA并进行GO和KEGG数据库注释。利用Cytoscape软件对DEpiRNA-mRNA调控网络进行可视化。通过Stem-loop RT-PCR对随机选取的Am7与Am10两组共有的6个piRNA的表达进行验证。利用RT-qPCR对随机挑选的6个DEpiRNA的表达趋势进行验证。【结果】从意大利蜜蜂工蜂中肠中共鉴定到596个piRNA,长度介于24~33 nt,且Am7和Am10组中不同长度分布范围的piRNA的首位碱基偏向性具有明显差异。在Am7 vs Am10比较组共筛选出41个DEpiRNA,其中piR-ame-11093, piR-ame-1111451,piR-ame-190949和piR-ame-932156可分别靶向1 195, 1 018, 4 040和1 063条mRNA。上述靶mRNA可分别注释到45个功能条目和45条通路。Stem-loop RT-PCR验证结果显示6个piRNA(piR-ame-1084826, piR-ame-11093, piR-ame-14476, piR-ame-24995, piR-ame-39500和piR-ame-774987)均真实表达。RT-qPCR结果显示共有6个DEpiRNA (piR-ame-1084826,piR-ame-11093, piR-ame-14476, piR-ame-24995, piR-ame-39500和piR-ame-774987)的表达趋势与测序数据中的表达趋势一致,证实了本研究中sRNA-seq数据的可靠性和piRNA差异表达趋势的真实性。【结论】本研究从意大利蜜蜂工蜂中肠中鉴定到596个piRN,长度介于24~33 nt。不同长度分布范围的piRNA的首位碱基偏向性具有明显差异;piR-ame-11093, piR-ame-1111451,piR-ame-190949和piR-ame-932156具有靶向调控基因表达参与工蜂中肠发育过程的潜力。     

第三类小RNA和生殖细胞发育

果蝇中重复相关小干扰RNA(rasiRNA)和哺乳动物中Piwi相互作用RNA(piRNA)是最近发现的大小在30个核苷酸左右的小RNA,它们与已经发现的22个核苷酸左右的短干扰RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)有明显区别,因此命名为第三类小RNA。第三类小RNA可以与Piwi形成基因沉默复合体,并可能采取与经典RNA干扰不同的方式而影响特定基因的表达。目前这类小RNA主要在生殖细胞及干细胞中发现,尤其对生殖细胞中生理功能的全面研究,可能对RNA干扰现象有一个更为全面的理解。     

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。     

Dynamic subcellular compartmentalization ensures fidelity of piRNA biogenesis in silkworms

PIWI‐interacting RNAs (piRNAs) guide PIWI proteins to silence transposable elements and safeguard fertility in germ cells. Many protein factors required for piRNA biogenesis localize to perinuclear ribonucleoprotein (RNP) condensates named nuage, where target silencing and piRNA amplification are thought to occur. In mice, some of the piRNA factors are found in discrete cytoplasmic foci called processing bodies (P‐bodies). However, the dynamics and biological significance of such compartmentalization of the piRNA pathway remain unclear. Here, by analyzing the subcellular localization of functional mutants of piRNA factors, we show that piRNA factors are actively compartmentalized into nuage and P‐bodies in silkworm cells. Proper demixing of nuage and P‐bodies requires target cleavage by the PIWI protein Siwi and ATP hydrolysis by the DEAD‐box helicase BmVasa, disruption of which leads to promiscuous overproduction of piRNAs deriving from non‐transposable elements. Our study highlights a role of dynamic subcellular compartmentalization in ensuring the fidelity of piRNA biogenesis.     

DEAD‐box polypeptide 43 facilitates piRNA amplification by actively liberating RNA from Ago3‐piRISC

The piRNA amplification pathway in Bombyx is operated by Ago3 and Siwi in their piRISC form. The DEAD‐box protein, Vasa, facilitates Ago3‐piRISC production by liberating cleaved RNAs from Siwi‐piRISC in an ATP hydrolysis‐dependent manner. However, the Vasa‐like factor facilitating Siwi‐piRISC production along this pathway remains unknown. Here, we identify DEAD‐box polypeptide 43 (DDX43) as the Vasa‐like protein functioning in Siwi‐piRISC production. DDX43 belongs to the helicase superfamily II along with Vasa, and it contains a similar helicase core. DDX43 also contains a K‐homology (KH) domain, a prevalent RNA‐binding domain, within its N‐terminal region. Biochemical analyses show that the helicase core is responsible for Ago3‐piRISC interaction and ATP hydrolysis, while the KH domain enhances the ATPase activity of the helicase core. This enhancement is independent of the RNA‐binding activity of the KH domain. For maximal DDX43 RNA‐binding activity, both the KH domain and helicase core are required. This study not only provides new insight into the piRNA amplification mechanism but also reveals unique collaborations between the two domains supporting DDX43 function within the pathway.