Nature:小RNA生物學里程碑成果 解開piRNA生物合成謎題
日期:2016-11-21 09:24:39
PIWI相互作用的RNA,簡稱piRNAs,是一類小型的調控RNAs ——長度只有22–30個核苷酸的小塊核酸。它們可能很小,但是與它們相關的Argonaute蛋白一起,piRNAs就能夠“沉默”轉座因子,所謂的自私基因,存在于植物、真菌和動物的基因組中。piRNA介導的沉默可以作用于染色質,以阻斷轉座子轉錄,或通過破壞轉座子mRNAs以阻止其翻譯成蛋白質。
雖然科學家們很清楚piRNAs是如何抑制基因表達的,但是直到現在,對于piRNAs究竟是如何制造出來的,一直都不太明確。11月16日在《Nature》雜志發表的一篇里程碑式的論文中,來自奧地利分子生物技術研究所(IMBA)的科學家,細致地描述了生成具有明確長度和序列的piRNAs的一系列事件,這是確定沉默系統的靶標范圍的一個重要要求。
piRNA生物合成的謎題得以解釋
該論文的共同資深作者Julius Brennecke解釋說:“我們已經知道,piRNA是由較長的RNA物種形成的,這些RNA被Argonaute蛋白或一個稱為Zucchini的蛋白切成小塊。這形成了所謂的前體piRNA的5’端,被裝進Argonaute蛋白,隨后經過修改,產生成熟的piRNAs。因為我們對piRNA的5’端的形成有很好的了解,所以我們研究團隊集中在其3’端,這個過程近十年來都沒有得以闡明。”
使用常見的果蠅(Drosophila melanogaster),一種主要的遺傳學模式生物,IMBA的科學家Rippei Hayashi和Jakob Schnabl(他們都是文章的第一作者)表明,其實piRNA的3’末端的形成,遵循兩條平行路徑中的其中一條。
本文共同資深作者Stefan Ameres指出:“一旦生物合成開始發生,一些piRNA的3’端實際上是由Zucchini產生的,已知這是主要生成piRNA的5’端的核酸內切酶。但Zucchini只解釋了一小部分piRNAs的生物合成。然后我們發現,核酸外切酶Nibbler是第二個關鍵酶,它可以形成piRNA的3’端,并且我們意識到,有兩條遺傳上分離的路徑并行地在細胞內起作用。這真的有似曾相識的感覺,因為在我博士后研究期間,我們還發現Nibbler可生成一些microRNA,另一類小RNA分子。”
兩條一致的平行路徑
除了解開這些途徑、它們的作用地點、它們對下游基因調控機制的影響之外,該研究小組也發現了一些有趣的結果,可能對“小RNA生物合成的進化”提供線索。Julius Brennecke總結說:“我們在這項研究中發現的核酸酶,在從海綿到人類的各種動物中有同系物。有趣的是,一些顯著的例外是顯而易見的。例如,線蟲已經失去了Zucchini酶,來自按蚊屬的蚊子失去了Nibbler。這里是否存在其他的piRNA調控機制?在這些物種中的雙通路模型是否減少到了一個?還是不清楚的。值得注意的是,同時消融Drosophila中的Zucchini和Nibbler,piRNAs仍然是可以產生的,在這種情況下,是由緊密排列的piRNA引導Argonaute蛋白裂解事件產生的。這種Argonaute僅有的通路,可能是古代的piRNA生成系統,后來又增加了像Zucchini和Nibbler這樣復雜的核酸酶,來提高piRNA生物合成的效率和準確性。”