piRNA/PIWI功能调控与精子发生

piRNAs(PIWI-interacting RNAs)是一类与PIWI相互作用的小非编码RNAs(small noncoding RNAs, sncRNAs),其长度介于24~32 nt,特异性地在动物生殖腺细胞中表达。近来研究表明piRNA/PIWI系统在动物生殖腺细胞的基因组转座元件沉默及转录后调控mRNAs方面具有重要功能。最近,中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所刘默芳课题组的一项研究表明,在人和小鼠的精子发生过程中,PIWI (鼠源同源蛋白MIWI、人源同源蛋白HIWI)的严格代谢调控至关重要。以此为契机,本文综述了piRNA/PIWI在哺乳动物(主要是小鼠和人)精子发生过程中调控功能的研究进展。     

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。     

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。     

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介导表观遗传学调控在生殖细胞发育中的作用

piRNA(PIWI-interacting RNA)是主要在生殖细胞系中表达的一类由21～33个核苷酸组成的单链非编码RNA,与PIWI蛋白结合而发挥调控作用。研究显示,PIWI/piRNA不仅可以在细胞质里对mRNA直接进行剪切和降解,还能招募大量的表观遗传学修饰蛋白介导基因组和组蛋白的表观遗传学调控关闭基因,促进配子发育安全有序地进行。该文综述了PIWI/piRNA介导的表观遗传学调控在生殖细胞发育中的作用,以促进PIWI/piRNA在生命科学领域的研究和应用。     

ABCG2/Bcrp1转运蛋白:侧群干细胞的表型标记与功能调控蛋白

在骨髓、骨骼肌及神经组织均发现侧群干细胞（SPSCs）。ABC转运蛋白ABCG2／Bcrp1基因在不同来源侧群（SP）干细胞均呈高表达,且该基因表达与SP细胞表型密切相关。SP细胞能向不同类型或不同胚层的组织细胞分化,很可能代表了一群更原始的干细胞,且与干细胞可塑性相关。而ABCG2／Bcrp1在造血及神经等组织来源的SP干细胞中的特异表达,使得该转运蛋白成为从不同组织中分选多潜能干细胞的一种新的表型标记。     

硫酸化茯苓多糖对人乳腺癌细胞株MCF-7凋亡的影响

为了探讨硫酸化茯苓多糖(SP)对人乳腺癌细胞株MCF-7凋亡的影响,采用MTT法检测不同浓度、作用时间SP对乳腺癌MCF-7细胞的抑制作用,倒置显微镜观察MCF-7细胞的形态学变化,RT-PCR检测SP处理MCF-7细胞凋亡相关基因(Bcl-2,Bax)的表达;Western blotting技术检测SP对乳腺癌细胞凋亡蛋白Bcl-2、Bax表达变化。结果表明,SP对MCF-7细胞增殖有抑制作用,且在一定范围内呈剂量效应;细胞贴壁能力减弱,细胞间隙增大,胞膜褶皱;Bcl-2基因表达水平和蛋白表达水平明显降低(p0.05),Bax基因表达水平和蛋白表达水平明显升高(p0.05)。基于以上研究,SP通过促凋亡基因Bax的表达,抑制抗凋亡基因Bcl-2的表达来下调Bcl-2/Bax比值,激活凋亡途径,诱导MCF-7细胞的凋亡。     

大鼠肝癌模型中Piwil4、Mael和Ddx4基因mRNA和蛋白表达水平及其与肿瘤检测的关系

PIWI和piRNA的表达水平与肿瘤类型密切相关。Piwil2 mRNA在肝癌中的表达量比肿瘤周围的肝脏组织的表达量高。PIWI/piRNA通路基因Piwil4、Mael和Ddx4为候选癌基因,在多种癌组织中表达,而在肝癌组织中的研究尚无报道。为探讨Piwil4、Mael和Ddx4基因在肝癌组织中表达水平变化的影响,建立了大鼠肝癌模型,并提取血清用ELISA方法检测肿瘤标记物,采用实时荧光定量PCR、蛋白质免疫印迹方法和免疫组织化学方法检测正常肝组织与模型组肝组织中Piwil4、Mael和Ddx4基因mRNA转录和蛋白表达水平。结果表明,大鼠肝癌动物模型血清中肿瘤标记物含量明显升高。Piwil4、Mael和Ddx4基因mRNA及蛋白在肝癌模型组织中高表达。研究表明,肝癌模型组织中Piwil4、Mael和Ddx4基因表达水平有望作为肝癌检测的一种分子标志物。     

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.     

Osa在果蝇卵巢生殖干细胞分化中的功能研究

果蝇卵巢生殖干细胞(Germline stem cell,GSC)是在活体(in vivo)研究干细胞命运调控的理想平台。表观遗传机制在果蝇卵巢GSC命运调控中发挥重要作用,其机理的探明需要研究并发现更多参与此过程的表观调控因子。为探究果蝇染色质重塑复合物BAP中特有的亚基Osa在果蝇卵巢GSC分化调控中的功能及其分子机理,利用GAL4/UAS二元表达系统结合RNAi技术在干细胞微环境组分护卫细胞(Escort cells,ECs)中特异性下调osa的表达,并通过免疫荧光染色法对相关指标进行检测。结果显示,敲减ECs中osa可致卵巢组织卵原区中未分化生殖细胞数目(Undifferentiated germ cells,UGCs)显著增多,同时BMP信号通路激活标志p Mad、Dad-lacZ阳性细胞数目显著增多,并观察到EC细胞形态异常,不能有效包裹生殖系细胞。推论Osa以BMP信号通路依赖方式参与果蝇卵巢GSC的分化调控,其作用机理还可能涉及EC细胞特定的形态学过程。     

p53家族及其通路相关蛋白调节母性生殖的新功能

p53是一种重要的抗癌基因,同时它也是机体感受环境压力并进行相应调节的关键基因之一。最近的研究发现东亚人群p53 Arg72Pro受到冬季温度自然选择,表明p53可能在生殖中发挥作用。同时,p53及其通路中的癌基因鼠双微体2(Murinedoubleminute2,Mdm2)、MdmX和Hausp(Herpesvirus-associated ubiquitin-specific protease)基因的单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms,SNP)与女性生殖疾病易感性相关。P53蛋白通过其DNA结合区(DNA-binding domain,DBD)调控白血病抑制因子(Leukaemiainhibitory factor,LIF)表达,从而影响胚胎植入过程,实现其在母性生殖中的作用。p53通路中Mdm2、MdmX和Hausp可以调控P53蛋白的表达水平和活性,同时还可以在胚胎植入时准确的调控p53的表达水平,促进胚胎植入;P53家族成员P63、P73具有P53相似的DBD区,但P63和P73是通过别的途径影响到母性生殖;在卵母细胞受到射线或者化学损伤后,P63能促进其凋亡,减少畸型的产生;P73能影响纺锤体复合物的组装,而纺锤体复合物缺失将导致胚泡质量低下,微管结合的动粒缺失和细胞非整倍性的增加。文章主要综述了p53家族、p53通路中的相关蛋白对母性生殖的影响,为提高IVF-ET成功指出了新方法,同时也为不明原因的不孕患者提供了新的诊断思路,将有助于制定合理的个性化治疗不孕方案。     

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。     

乳腺癌致病microRNA调控网络的识别与生物信息学分析

目的:构建并解析乳腺癌致病microRNA(miRNA)调控网络,探究其在乳腺癌发生发展中的调控机制。方法:整合TCGA、ENCODE、Fantom等公共数据库资源,得到miRNA、转录因子和基因候选调控关系数据,结合差异表达、变异系数与PCA,构建乳腺癌miRNA调控网络,解析调控网络的度中心性与聚类系数,使用DAVID进行功能富集分析,构建Cox回归模型作生存曲线。结果:共识别miRNA调控网络262个,其中包含5个显著差异表达miRNA,8个转录因子和130个基因。通过功能富集分析发现这些miRNA靶基因显著参与细胞周期、细胞分化、细胞生长、转移等转录后调控的肿瘤生物进程,并与FoxO信号通路、p53信号通路、基因监测通路等信号通路高度相关。通过分析生存曲线发现hsa-mir-144与hsa-mir-133a-2显著与乳腺癌患者生存相关。结论:识别的乳腺癌致病miRNA调控网络中miRNA之间有相互作用,且网络整体功能不仅受hub网络影响,也受元件自身特性影响,这些miRNA靶基因显著富集于肿瘤相关生物学进程与信号通路中。     

多潜能乳腺干细胞的发现

小鼠乳腺由多种不同类型的上皮细胞构成。多潜能干细胞位于乳腺发育的顶端,是乳腺中所有分化细胞类型的来源。然而,这群多潜能乳腺干细胞此前尚未通过特定的标记基因得到鉴定,其存在性也备受争议。借助乳腺干细胞体外培养体系,从Wnt信号通路入手,发现了蛋白C受体基因Procr。在乳腺中,Procr作为一个新的Wnt信号通路的靶基因,能够标记多潜能乳腺干细胞。Procr标记乳腺基底细胞中的一个亚群,这个亚群的细胞低表达基底细胞普遍表达的角蛋白,表现出上皮–间充质转化的特性。Procr阳性的细胞在移植实验中表现出最高的乳腺重建率,体内追踪Procr阳性细胞的后代,发现Procr阳性细胞能够在发育过程中分化形成乳腺上皮的所有细胞类型。多潜能乳腺干细胞的发现结束了乳腺中多潜能干细胞存在性的争议,对乳腺癌的诊断及靶向治疗具有重大意义。     

口腔鳞癌细胞系NTCR中侧群细胞的相关研究

目的:口腔鳞癌是口腔颌面部常见的恶性肿瘤之一,本研究以侧群细胞为肿瘤干细胞突破口,通过检测、分选口腔鳞癌细胞系NTCR中侧群细胞(side population,SP)细胞亚群,深入研究不同细胞亚群的体内、外相关生物学特性,寻找口腔鳞癌中肿瘤干细胞存在的证据。方法:选取口腔鳞癌细胞系NTCR作为研究对象,Hoechst 33342染色后行流式细胞仪检测,分选口腔鳞状细胞癌中的SP细胞和非SP细胞,进行体外培养、长期分化和体内成瘤实验,对2种亚群细胞的体内和体外生物学特性进行检测和比较。结果:口腔鳞状细胞癌细胞系NTCR中含有9.3%SP细胞,其SP细胞在细胞的增殖能力、自我更新能力及裸鼠体内成瘤能力等方面与干细胞特性相似。结论:SP细胞可以认为是肿瘤干细胞的富集。进一步深入研究,有可能作为口腔鳞癌诊断、治疗和预后的靶标。     

肝癌细胞系中SP及CD133+细胞的特性分析

近年的研究表明体外培养的肝癌细胞系中存在着少量具有肝癌干细胞功能的细胞群。有研究指出肝癌干细胞存在于侧群细胞(sidepopulation,SP)中,另有研究则发现CD133+细胞是肝癌干细胞的特征。本研究以三种肝癌细胞系(Hep3B、Huh-7和PLC/PRF/5)为对象,利用流式细胞术对其中的SP细胞与CD133+细胞进行了分析,并进一步检测了它们的增殖能力、表型及耐药性等特性。结果显示,肝癌细胞系中存在不同比例的SP细胞和CD133+细胞,且大部分SP细胞呈CD133阳性表达。表型特征分析显示SP细胞表达CK7和CK19,不表达AFP,而CD133+细胞则表达AFP和CK19,却不表达CK7。SP与CD133+细胞都具有较强的增殖能力。另外,相比于其它细胞,SP细胞具有最强的化疗药物抗性。结果表明,肝癌细胞系中SP细胞与CD133+细胞整体特征有一定的区别,提示了它们不同的分化途径。     

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．     

胶乳素、Piwil2和piR-932在白血病干细胞中的表达

摘要：目的 探究piwil2、乳胶素和piR-932在白血病干细胞中的表达情况,为对成人急性髓性白血病的管理打下基础。方法 应用流式细胞术挑选CD34+/CD38-白血病细胞。通过PCR分析技术检测piwil2和胶乳素在CD34+/CD38-白血病细胞中的表达。用piRNA微阵列芯片试验检测piR932在CD34+/CD38-白血病细胞中的表达。结果 piwil2蛋白的表达高于对照组,一种叫作piR932的piRNAs在白血病干细胞中表达显著升高,通过与piwil2发生免疫反应而形成免疫复合物;胶乳素的表达由于其启动子区的CpG岛的甲基化而大大降低。结论 piR932和piwil2的结合是通过促进胶乳素的甲基化在CD34+/CD38-白血病细胞的过程中起到正性调节的作用,而且它们都能成为白血病的潜在靶点。     

Hippo信号对卵巢生殖干细胞增殖及卵巢功能的影响

已有研究表明,Hippo信号通路对干细胞的自我更新和分化至关重要,且Hippo信号通路在调控卵泡生长中起重要作用,然而,目前关于Hippo通路对卵巢生殖干细胞的增殖和分化以及卵巢功能重塑的影响相关的研究较少。为了明确Hippo信号通路效应因子YAP1与卵巢生殖干细胞体外增殖分化的关系,以及Hippo信号通路对卵巢癌的主要功能。我们采用两步法酶促分离和磁性分离技术分别鉴定卵巢生殖干细胞,通过测定MVH和OCT4标记物的表达,然后选择YAP1作为Hippo信号通路的主要效应分子,作为研究的靶基因。将含有过表达的YAP1或YAP1靶向的shRNA的慢病毒转导入卵巢生殖干细胞中。通过将过表达YAP1或YAP1 shRNA的慢病毒载体微量注射到不育小鼠模型中,观察调节Hippo信号通路对卵巢的增殖、分化和内分泌功能的影响。研究结果表明,在分离的卵巢生殖干细胞中观察到YAP1和MVH的共表达。与对照组相比,过表达YAP1的卵巢生殖干细胞中MVH和OCT4表达水平显著增加。而YAP1敲低后,MVH和OCT4水平显著降低;不育小鼠模型中YAP1过表达15 d后,E2和FSH含量显著升高,而YAP1 shRNA表达后,小鼠血清E2和FSH含量显著降低。YAP1可用于调控卵巢生殖干细胞的增殖和分化以及小鼠的卵巢功能。本研究表明,Hippo信号通路可能是调控卵巢功能重建的一个新的分子靶点。     

MiR-150-5p通过靶向调控Rab1A抑制乳腺癌细胞MDA-231的上皮-间质转化

先前的研究表明,miR-150-5p发挥抑癌基因的作用,调控肿瘤细胞的侵袭与转移。然而,关于其在乳腺癌细胞侵袭与转移中的机制尚不明确。本实验旨在研究miR-150-5p负向调控Rab1A在乳腺癌细胞上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）中的作用。双荧光素酶的结果显示,miR-150-5p可负向调控Rab1A。荧光定量PCR (qRT-PCR) 结果显示,miR-150-5p在乳腺癌细胞MCF-7及MDA-MB-231（MDA-231）中的表达水平明显低于正常乳腺上皮细胞MCF-10A; 在MDA-231中过表达miR-150-5p后,qRT-PCR结果显示,Rab1A mRNA的表达水平明显降低。Western印迹结果显示,过表达miR-150-5p后,miR-150-5p组细胞中的Rab1A、波形蛋白(vimentin)及N-钙黏着蛋白(N-cadherin)的表达水平相对于对照组（NC）细胞明显降低,而E-钙黏着蛋白(E-cadherin)的表达水平明显增加。Transwell侵袭和划痕实验显示,与miR-150-5p+Con组细胞相比,miR-150-5p+Rab1A组细胞的侵袭和迁移能力明显增加。qRT-PCR结果显示,miR-150-5p+Rab1A组细胞的Rab1A mRNA表达水平明显增加。Western印迹结果显示,miR-150-5p+Rab1A组细胞中的波形蛋白、N-钙黏着蛋白表达水平明显增加, 而E-钙黏着蛋白表达明显降低,过表达Rab1A后显著逆转了miR-150-5p对EMT的影响。综上所述,miR-150-5p可以通过负向调控Rab1A抑制EMT,进而抑制乳腺癌细胞的侵袭和迁移。