牛校Cell發文解析miRNA與表觀遺傳
日期：2012-06-28 08:15:47
Cell雜志近期接連公布了三篇關于一種小分子RNA：piRNAs對表觀遺傳記憶影響的重要研究論文，這些文章分別由劍橋大學，麻省大學醫學院等處完成，這些研究成果對于理解多代表觀遺傳機制具有重要意義。
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。
piRNAs與多代表觀遺傳
跨代效應具有廣泛而又重要的的影響，不僅在人類健康，還有生物適應性和進化方面也扮演了重要角色。但是這些跨代效應的機制，以及生物學原理至今科學家們了解的還并不多。
在這篇“piRNAs Can Trigger a Multigenerational Epigenetic Memory in the Germline of C. elegans”文章中，研究人員發現了一種生殖細胞核小分子RNA/染色質途徑，這一途徑在一種依賴于piRNA的外來RNA應答作用的誘導下，能維持許多代穩定的遺傳性。
研究人員又進一步通過遺傳篩選，以及候選方法，發現了一組對于環境RNAi和piRNA途徑多代遺傳具有關鍵意義的細胞核RNAi，以及染色質因子，這些元件中包含有生殖細胞特異性細胞核Argonaute HRDE1/WAGO-9, 一個HP1同源異構體HPL-2，以及兩個假定的知道不甲基化轉移酶，SET-25和SET-32。
研究證明，piRNAs能誘導高穩定至少長達20代的長時間基因沉默，而且一旦沉默發生，那么這種長時程記憶就可以脫離piRNA的啟動，無需再要piRNA的誘導，而依賴于細胞核RNAi/染色質途徑了。這些研究數據提出了一種由piRNAs誘導的多代表觀遺傳新機制。
piRNAs介導生殖細胞轉錄全基因組監控
在另外一篇題為“C. elegans piRNAs Mediate the Genome-wide Surveillance of Germline Transcripts”的文章中，研究人員提出了一種解析piRNAs靶向能力模型的新證據。
Piwi Argonautes和Piwi-interacting RNAs (piRNAs) 能通過靶向轉座子，介導基因組防御。但是許多piRNAs并沒有顯而易見的能與轉座子或者其它位點結合的序列，目前還只有一個作為piRNA靶標的線蟲轉座子被發現。
這項研究指出，對于Piwi Argonaute PRG-1缺陷型個體——會引發piRNAs/21U-RNAs的缺乏，生殖細胞中的許多沉默位點都會表現出，mRNA表達水平的增加，同時RNA依賴性RNA聚合酶（RdRP）來源的第二小RNAs，即22G-RNAs也會被耗盡。
研究人員還發現PRG-1誘導啟動，能沉默包含內源性21U-RNAs互補轉基因，這些研究數據支持一種模型——認為線蟲piRNAs能利用其有效的靶向能力，掃描生殖細胞轉錄本，篩查外來序列，而內源性生殖表達的基因則被piRNA誘導沉默保護了。
這對于區分“自我”和“非我”核苷酸具有重要意義。
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