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Cell重磅組學大餐:小RNA與基因組穩定性

日期:2011-10-24 09:46:18

Cell》雜志是與《Science》、《Nature》等齊名的世界權威雜志,是公認的生命科學領域的頂尖雜志,主要刊登全世界在生命科學研究領域的最新、最重要的原創性成果。近期Cell雜志推出了一個重磅組學大餐:小RNA與基因組穩定性。piRNA成為了其中的焦點。

生物體的生殖系細胞擔負著遺傳信息的世代傳遞,其基因組的完整性對于個體和物種維持都至關重要。而基因組中大量存在的轉座子等DNA移動元件則有可能引發基因組突變。科學家們在研究中證實生物體通常會利用一些小RNA分子引導蛋白質去沉默基因組中的轉座子。這些信號通路普遍存在于原核細胞和真核細胞中,并在物種間以保守的機制發揮作用,其中包括識別外源遺傳元件,激活沉默反應,維持活性轉座子事件“記憶”等。而與這些Piwi蛋白相關的小RNA(稱作pi RNAs)在這些過程中發揮了關鍵性的作用。

 

這種特殊的RNA最早是2006年來自冷泉港實驗室的格雷格•漢農研究小組和紐約洛克菲勒大學的托馬斯研究小組在對老鼠睪丸中的所有RNA編碼時發現的。科學家們當時在對無脊椎動物和小鼠中對精子細胞發育過程中起重要作用的Piwi蛋白進行分析時,發現這種蛋白質上附著了一類新的RNA,因此將這類新RNA命名為“PIWI互動RNA”(簡稱pi RNAs)。而幾乎在同時,來自波士頓的羅伯特•金斯頓和他的同事們也在大鼠的睪丸提取物中發現了piRNA。比起已發現的其他小分子RNA30個核苷酸左右的piRNA要稍長。格雷格•漢農等發現piRNA大小約為2930個核苷酸,而托馬斯等人的結果稍有出入,在2631個核苷酸左右。

 

通過對RNA染色,研究者們在其他哺乳動物的睪丸中也找到了潛在的這類piRNA,包括人類、大鼠以及公牛。這些物種中的piRNA和小鼠的具有同樣的特征,如起始端尿嘧啶強偏好性以及長度在30個核苷酸左右等。

 

鑒于piRNA主要分布在包括人類等數種動物體睪丸的精原細胞內,科學家們推測這類小分子RNA功能可能與動物體精子的發育和維持相關。

 

2007年,Brennecke等提出piRNA信號可能是作為一個分子適應性免疫系統,感知并對抗沉默外來入侵遺傳元件功能。

 

近年來隨著針對piRNA信號研究的深入展開,科學家們普遍認為piRNA途徑可能是動物生殖細胞進化獲得的一個獨特的對抗外來入侵遺傳元件、維持自身基因組穩定和完整的作用通路,推測piRNA可能在表觀遺傳水平和轉錄后水平沉默轉座子、逆轉座子等DNA移動元件。

目前針對piRNA的研究大體的研究方向主要分為pi RNAs對轉座子的調控,pi RNA的生物起源和功能以及在維持基因組穩定性上保守的分子機制等。

 

這期Cell雜志也針對科學家們在這幾個研究方向上獲得的突破性研究成果推薦了從2009年到2011年發表在Cell及子刊上的15pi RNA研究論文,供這一研究領域的科研工作者參考。


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