piRNA的生物学功能及生源论VIP专享VIP免费

piRNA：一类新的非编码小RNA最近，印度科学家SaiLakshmiS及其合作者建立了一个piRNA数据库———piRNABank，以保存新发现的piRNA序列。piRNABank是一个高度用户友好的资源，它收录了包括人、小鼠和大鼠的近2000万个piRNA相关序列，经过同源序列去除、基因组定位等筛选，最近得到10万多个在基因组中具有唯一靶位点的piRNA序列。数据库支持物种和染色体方式的多种的搜索方式，包括登录号、染色体定位、基因名或符号，基于同源性的序列检索，簇和相应基因及重复元件。它也可以在基因组大图谱上显示每个piRNA或piRNA簇。数据库内的信息也将随着新的研究进行不断更新，果蝇和其它物种的piRNA信息也将会被收录，作者还计划增加一些序列和结构预测的软件，更方便科研人员使用［35］。6存在的问题与展望piRNA的发现为非编码小分子RNA的研究开辟了一个新领域，被Science评为2006年十大科技进展之一［36］。到目前为止，piRNA的研究已经取得了阶段性的成果，但要预测piRNA在生物医学上的应用还为时过早。其中仍然有许多问题需要进一步研讨，如piRNA的序列在不同物种中的同源保守性还不好分析；在piRNA生源论中，仍旧不知道3′端的分裂机制和piRNA扩增循环是如何调节的。另一个尚未解决的问题是piRNA在特异位点表达的结果所产生的功能以及piRNA3′端甲基化的机制还没有弄清楚。piRNA和Piwi蛋白在后生调控中起的作用很可能大于转座子沉默的作用，目前，本实验室正研究非生殖器官Piwi蛋白高表达组织中，piRNA的克隆及调控作用，但尚未取得有意义的进展。因此，piRNA的研究不仅可以丰富小分子RNA的研究内容，同时，也有利于我们进一步了解生物配子发生的分子调控及其机理，具有十分重要的理论价值和应用前景。1piRNA的生物学功能目前的研究表明,piRNA主要存在于哺乳动物的生殖细胞和干细胞中，通过与Piwi亚家族蛋白结合形成piRNA复合物(piRC)来调控基因沉默途径。对Piwi亚家族蛋白的遗传分析以及piRNA积累的时间特性研究发现，piRC在配子发生过程中起着十分重要的作用。经过研究人员分析发现，只有17%--20%的哺乳动物piRNA对应于标记的重复序列，包括转座子和逆转录转座子。因此，piRNA从后生程序化和抑制转录到转录后调控可能会有不同的功能。根据Piwi蛋白已知的功能推测piRNA的功能可能有3个方面。（1）沉默转录基因过程在果蝇中的研究已经表明Piwi和rasiRNA的作用是沉默重复元件。在裂殖酵母(Schizosaccharomycespombe)中，小RNA和RNAi途径涉及到了转录基因沉默(TGS)。在研究哺乳动物中TGS的因子时，纯化得到了一个包含小RNA和Riwi的复合物(与人类Piwi同源)，该复合物称为piRNA复合物。它的制备物中包含rRecQ1，与脉孢菌(Neurospora)qde-3基因的表达蛋白同源，而该基因参与沉默途径。因此推断，哺乳动物的piRNA可能在TGS中起作用。在果蝇中，一个as-yet-uncloned异染色质基因的功能性等位基因flamenco能抑制内源性逆转录酶病毒gypsy。Piwi突变体，是已经知道的影响RNA介导的同源决定的转基因沉默，也说明了在限制性的雌性生殖腺中阻断gypsy的抑制作用。因此，推断piRNA的功能和Piwi蛋白密切相关，具有Piwi依赖性。最近又发现，在flamenco敲除突变体中成熟piRNA的表达水平大量地减少，而在Piwi敲除突变体中gypsyRNA的表达水平却增加了150倍，这些结果说明Piwi蛋白结合的piRNA的功能是维持转座子沉默。最近，在另一项研究中发现了果蝇中存在的一种Aub-associate-piRNA的沉默机制。Aub突变体导致了卵巢和睾丸中的逆转录转座子的积累，以及睾丸中的Stellate转录物的积累。在卵巢中Aub-associate-piRNA来源于包括逆转录转座子在内的基因间的重复元件。而在睾丸中的Aub也联合着不同的piRNA。大多数piRNA与Stellate抑制基因转录本的反义链对应，Stellate是已知的关于基因沉默的基因，另一个富含的种类是由来自X染色体和与vasa转录本高度互补的序列组成。这是首次以生物化学的观点提出了由Aub和piRNA介导的沉默机制。（2）维持生殖系和干细胞功能Piwi是一个表观遗传调控因子，起着调节生殖干细胞维持的作用。Polycombgroup(PcG)蛋白可以维持关键的发育调节因子。在果蝇中，PcG与PcG反应元件(PREs)结合...