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.     

小RNA家族的新成员—piRNA

microRNA (miRNA)和small interfering RNA(siRNA)在真核生物生命活动的基本过程中发挥着重要的调节作用。随着对siRNA和miRNA研究的不断深入, 最近科学家在研究大鼠雄性精子时发现哺乳动物睾丸内存在另一种新型的小RNA分子, 该分子在精子发生过程中起着重要的生理调节作用, 该种小分子RNA被命名为piRNA, 在功能、分布和分子特征等方面piRNA较miRNA和siRNA存在着显著的不同, 对piRNA深入研究有望揭示出机体内在的基因表达调节机制。     

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。     

线虫体内新piRNA研究

PIWI-interacting RNAs(piRNA)是一类內源性小RNA,负责抵御转座子和转基因对基因组的入侵.已发现1.6万多种piRNA,在piRNA上游存在保守序列,根据上游序列特征可以预测新的piRNA.将线虫同步化培养至L4时期,分别提取野生和prg-1突变样本中的小RNA,并对其进行高通量测序.基于piRNA上游保守序列特征,在野生线虫L4时期中,发现了967种新piRNA,这些新piRNA在prg-1突变后表达消失.新piRNA的基因座集中分布在四号染色体的2个piRNA簇内,首位碱基以U为主.与已发表的成虫发育时期的PRG-1免疫共沉淀数据比对,发现有153种piRNA存在于与PRG-1免疫沉淀的数据中.同时还发现一些只在野生线虫中表达的non-21nt小RNA,它们与已知piRNA的基因座相同,推测这些non-21nt小RNA可能是其piRNA前体加工的产物.总之,通过小RNA测序,在线虫中发现了一些新的piRNA.     

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。     

PIWI/piRNA调控基因表达研究的新进展

piRNA是2006年发现的一类在动物生殖系特异性表达的小分子非编码RNA。piRNA的生成和功能行使均依赖PIWI蛋白。之前的研究认为,PIWI/piRNA通过表观遗传水平和转录后水平沉默转座子等自私性遗传元件,维持生殖细胞基因组的稳定性和完整性。最近的研究发现,PIWI/piRNA还可以通过转录后水平调控蛋白质编码基因,参与胚胎发育、性别决定、配子发育等事件的调控。现简要介绍PIWI/piRNA调控基因表达研究的新进展。     

小非编码RNA在精子发生及男性不育中的功能机制

小非编码RNA是一类特殊的基因调控因子,可在转录、转录后和表观遗传水平上调控真核生物细胞的基因表达.大量研究发现,包括piRNA, miRNA和tsRNA等小非编码RNA在哺乳动物雄性生殖细胞中高丰度表达,为精子发生和雄性生殖必需,其表达异常及相关调控通路基因突变与男性不育密切相关.本文总结近期关于小非编码RNA与精子发生相关的研究进展,将主要概述小非编码RNA在哺乳动物精子发生中的生物学功能和作用机制相关最新研究进展,并探讨其异常调控与男性不育的相关性及其在男性不育临床诊治中的潜在应用.     

Piwi/piRNA调控异常与男性不育症

男性不育是一个全球性的人口与健康问题,主要病因是少弱畸形精子症或不明原因。最近的生殖生物学和临床医学研究发现了一系列与男性不育相关的基因突变和调控通路,促进了对男性不育致病原因及机理的认识。piRNA(piwi-interacting RNA)是2006年发现的一类动物生殖细胞特异性小分子非编码RNA,通过与Piwi家族蛋白结合形成Piwi/piRNA复合物,在沉默转座子、维持生殖细胞基因组稳定性和完整性、调控生殖细胞发育分化和配子形成等过程中发挥不可或缺的重要生物学功能。近期的研究提示,Piwi/piRNA调控通路异常与男性不育相关。现简要总结和概述了近期关于Piwi/piRNA调控通路在精子发生和男性不育中的生物学功能和机制方面的研究进展。     

PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育

PIWI(P-element-induced wimpy testis)蛋白在动物生殖系细胞中特异性表达,为动物生殖细胞发育分化所必需。piRNA(PIWI-interacting RNAs)是最近在动物生殖系细胞中发现的一类非编码小分子RNA,这类小RNA特异性地与PIWI家族蛋白相互作用。PIWI/piRNA"机器"通过沉默转座元件和调控编码mRNA等方式在动物生殖细胞发育分化过程中发挥重要作用。本文围绕PIWI/piRNA"机器"的生物学功能及分子机制,对近期取得的相关研究进展进行了系统性总结。     

小RNA分子研究进展

在过去很长的一段时间内,RNA始终没有得到科学家足够的重视,直到非编码性小RNA（non—coding small RNA）的出现,使得研究者对RNA功能的传统观念发生了惊人的改变。生命体内存在着大量的miRNA、siRNA与piRNA,它们在不同水平上调节着基因的表达,影响生命活动。另外一些较长的非编码RNA广泛地参与到细胞内不同的生化过程中。发挥重要作用。随着小分子RNA的发现至今,RNA的研究领域进入炙手可热的状态,RNAi的机制在一步步被完善与深化．更多新类型的小分子RNA被发现。在应用方面,siRNA已经成为分子生物学实验中一种简单而有效的基因沉默工具,并且在人类疾病治疗方面初有成效。     

PIWI/piRNA与小鼠精子发生

PIWI蛋白特异性地在动物生殖系细胞中表达,对于动物生殖细胞发育分化至关重要。PIWI蛋白可以特异性地与一类被称为PIWI相互作用RNA的小分子非编码RNA结合。它们组装成功能性的复合体从而在转录水平或者转录后水平抑制转座元件的活性来维持基因组的稳定性。本研究系统总结了关于PIWI蛋白功能,piRNA的产生机制及功能,以及PIWI/piRNA复合体及其他蛋白因子在小鼠精子发生过程中发挥功能的分子机制等方面的相关研究进展,这些发现有助于我们更好地了解PIWI/piRNA在精子发生中的功能机制,并为相关男性不育症的诊治提供了理论依据和方法技术。     

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．     

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。     

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。     

piRNA生物学起源及功能研究进展

piRNA属于非编码小RNA的一员,常见于生殖系干细胞中.既往学者们认为它主要在维持干细胞功能、配子的形成以及沉默外来转座子等方面发挥作用.但近来在体细胞系中的发现,使得人们对它的生物起源以及功能行使有了更大的兴趣.就piRNA的发现、结构特征、功能与基因调控等进行了综述.     

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。     

植物核仁小分子RNA的研究进展

20世纪60年代末Weinberg等在哺乳动物中发现了第一个核仁小分子RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)U3,在这一领域的研究特别是在20世纪90年代以来,陆续发现许多新的核仁小分子RNA。近几年对动物、酵母和植物方面snoRNA的研究进展,使人们大大地加深了对于rRNA加工和转录以及一系列生物调控过程和机制的认识,正如Smith和Steitz所说的那样：“核仁中sno风暴”引起生物界极大的震动。本文重点介绍植物snoRNA的研究。     

piRNA的生物学功能

非编码小RNA（non-coding RNA, ncRNA）主要有siRNA（small interfering RNA）、miRNA(microRNA)和piRNA (piwi-interacting RNA)三类,其中piRNA是近年来新发现的一类小RNA分子,特异性地同Argonuat蛋白家族中的Piwi亚家族蛋白结合,主要在生殖细胞系中表达,对维持生殖系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均有重要作用．piRNA基因几乎遍布于整个基因组,但呈高度不连续性分布,大部分定位于20～90 kb的染色体基因簇上．与来自于双链RNA的siRNA和发卡结构miRNA不同之处是piRNA来自长单链RNA前体,或者是两股非重叠的反向转录前体,其生成与Dicer无关．作为调节RNA（riboregulator）,piRNA和miRNA可能在动物起源早期就已经出现了,帮助生命进入了一个多细胞动物的时代,产生了今天的生物体复杂性和多样性．piRNA成为ncRNA的研究热点,进展飞快,有很多综述及时介绍piRNA的研究进展,本文结合siRNA、miRNA的特点介绍了关于piRNA的形成机制和作用的最新研究成果．     

piRNA通路中调控蛋白质研究进展

piRNA是一类与Argonaute蛋白家族的PIWI亚家族蛋白结合的非编码小RNA,其在沉默转座子、维持基因组的稳定性和保证生物体生殖细胞的正常发育中起着重要作用。piRNA通路包括piRNA的生成、piRISC的形成,以及由piRISC介导的转座子沉默。现总结了目前发现的参与调控果蝇和小鼠中piRNA通路的蛋白质因子。