論文：The piRNA pathway: a fly's perspective on the guardian of the genome（PRNA通路：基因組的守護(hù)者--一個(gè)蒼蠅的視角）

摘要

在整個(gè)真核細(xì)胞譜系中，小RNA沉默通路保護(hù)基因組免受諸如轉(zhuǎn)座子等自私基因因素的有害影響。在動(dòng)物體內(nèi)，以PIWI蛋白及其相互作用的piRNAs沉默轉(zhuǎn)座子為中心的一條精細(xì)的小RNA通路將基因組傳遞給后代。

與其他小的RNA沉默途徑相比，我們完全缺乏對(duì)這個(gè)基因組防御系統(tǒng)的機(jī)械理解。然而，過(guò)去十年的基因和分子研究揭示了這一途徑的一個(gè)迷人的框架，從海綿到哺乳動(dòng)物都是保守的。

本文綜述了我們目前對(duì)pRNA通路的認(rèn)識(shí)。果蠅重點(diǎn)介紹了pRNAs的起源和生物發(fā)生。

果蠅卵巢：不同的piRNA模塊的證據(jù)

這個(gè)果蠅卵巢由生殖細(xì)胞和體細(xì)胞支持細(xì)胞(主要是毛囊細(xì)胞)組成，它們?cè)诰S持和保護(hù)生殖細(xì)胞。在生殖細(xì)胞系中，護(hù)士細(xì)胞和卵母細(xì)胞有著共同的合胞質(zhì)。

生殖細(xì)胞和體細(xì)胞之間也存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系，例如通過(guò)交換發(fā)育信號(hào)或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流入生殖細(xì)胞。

這使卵母細(xì)胞基因組面臨內(nèi)部和外部的威脅：一方面，幾個(gè)轉(zhuǎn)座子在生殖細(xì)胞中非?；钴S，并利用細(xì)胞機(jī)制來(lái)最大限度地獲取卵母細(xì)胞基因組。另一方面，來(lái)自吉普賽家族在體細(xì)胞支持細(xì)胞中形成病毒粒子，這些細(xì)胞入侵生殖細(xì)胞，大概是通過(guò)細(xì)胞運(yùn)輸囊泡。

在這兩種細(xì)胞類(lèi)型中，pRNA通路是抵抗轉(zhuǎn)座子的主要防線(xiàn)。然而，實(shí)現(xiàn)沉默的方式有很大不同。事實(shí)上，當(dāng)生殖細(xì)胞表達(dá)三個(gè)PIWI家族成員(Piwi，Aubergine(Aub)和Ago 3)時(shí)，體細(xì)胞支持細(xì)胞只表達(dá)Piwi。

接下來(lái)，我們首先描述了在卵巢體細(xì)胞支持細(xì)胞中作用的線(xiàn)性piRNA模塊。然后，我們?cè)谶@些概念的基礎(chǔ)上，引入了更復(fù)雜的情況，在種系中，一個(gè)基于PIWI蛋白的pRNA擴(kuò)增模塊是活躍的。

轉(zhuǎn)座子衍生的pRNAs

這些觀(guān)察結(jié)果導(dǎo)致了一種模型，在這種模型中，體細(xì)胞pRNA通路在特定的基因組區(qū)域存儲(chǔ)轉(zhuǎn)座子的序列信息。它們的單向轉(zhuǎn)錄本被解析為pRNAs，在pwi中加載后，可以使互補(bǔ)轉(zhuǎn)座子沉默。

在此場(chǎng)景中，插入吉普賽在進(jìn)化過(guò)程中，正向選擇了與簇轉(zhuǎn)錄方向相反的類(lèi)型元件。對(duì)該模型的有力支持來(lái)自于扎姆碎片位于弗拉門(mén)戈*只有序列區(qū)域扎姆在弗拉門(mén)戈產(chǎn)生大量的pRNAs。

因此，胞體內(nèi)產(chǎn)生的pRNA應(yīng)獨(dú)立于活性元件的表達(dá)。實(shí)際上，吉普賽-衍生的體細(xì)胞pRNAs不受活性體存在的影響。吉普賽基因組中的元素

種系piRNA途徑與pRNA兵乓

大量的證據(jù)表明，進(jìn)入Piwi的線(xiàn)性原代pna通路在生殖細(xì)胞中也是活躍的。然而，生殖細(xì)胞中的pirna生物學(xué)要復(fù)雜得多：除了Piwi還表達(dá)Aubergine和Ago 3之外，卵巢生殖細(xì)胞還表達(dá)兩種相關(guān)的PIWI家族蛋白。

選擇性地與Piwi、Aub和Ago 3結(jié)合的pRNAs序列分析表明，存在一個(gè)復(fù)雜的piRNA擴(kuò)增環(huán)，其作用于上述初級(jí)piRNA通路的平行或頂部。

在這個(gè)所謂的乒乓球周期中，核心球員是Aub和Ago 3，它們定位于生殖細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，并在細(xì)胞核周?chē)奂?。在流行的模型中，Aub通過(guò)一個(gè)反義的piRNA引導(dǎo)到一個(gè)來(lái)自活躍轉(zhuǎn)座子的正義轉(zhuǎn)錄。

隨后，靶轉(zhuǎn)錄本的切片切割會(huì)引發(fā)一種新的感覺(jué)pRNA的產(chǎn)生，它被加載到AGO 3中。AGO3-piRNA復(fù)合物反過(guò)來(lái)切割互補(bǔ)的piRNA簇轉(zhuǎn)錄本。這促使了一種新的反義和Aub結(jié)合的piRNA的生物發(fā)生，其序列與啟動(dòng)子pRNA完全相同。

據(jù)推測(cè)，Aub和AGO3起催化作用。乒乓周期放大了沉默有能力的pRNAs，只有在目標(biāo)轉(zhuǎn)錄(主動(dòng)轉(zhuǎn)座子信息)存在的情況下，循環(huán)才能有效地發(fā)揮作用。

事實(shí)上，乒乓pna是最豐富的細(xì)胞pRNAs。初級(jí)pIRNA通路的一個(gè)重要概念上的區(qū)別是，pRNA在生殖細(xì)胞中的生物發(fā)生在一定程度上取決于靶基因的表達(dá)。

優(yōu)雅的基因?qū)嶒?yàn)甚至在pRNAs被發(fā)現(xiàn)之前就已經(jīng)暗示了這一點(diǎn)。乒乓球周期的特征已在海綿、扁平蟲(chóng)、蛾、魚(yú)、青蛙和哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)。

因此，它是pRNA通路的標(biāo)志之一。在真菌、植物和線(xiàn)蟲(chóng)的小RNA通路中，小RNA反應(yīng)的目標(biāo)依賴(lài)擴(kuò)增是常見(jiàn)的。

展望

在piRNA領(lǐng)域的研究是在矛盾的情況下進(jìn)行的，我們對(duì)概念框架有很多了解，但是我們?nèi)狈缀跛械臋C(jī)械和分子洞察力。對(duì)于其他小的RNA途徑的理解也有了很大的進(jìn)展。

離體化驗(yàn)。沒(méi)有關(guān)于pRNA途徑的這種嘗試，可能反映了這一方法的復(fù)雜性。毫無(wú)疑問(wèn)，離體與遺傳學(xué)和結(jié)構(gòu)方法相結(jié)合的系統(tǒng)對(duì)于理解pRNA生物發(fā)生和沉默過(guò)程中分子事件的順序和動(dòng)態(tài)是至關(guān)重要的。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是理解pRNA簇轉(zhuǎn)錄本的性質(zhì)，并破譯構(gòu)成piRNA通路基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)-RNA網(wǎng)絡(luò)。

在這里，我們期望通過(guò)將下一代測(cè)序方法與技術(shù)進(jìn)步結(jié)合起來(lái)，在確定rna-蛋白質(zhì)相互作用方面取得快速進(jìn)展。

總之，對(duì)于致力于這個(gè)迷人的基因組防御系統(tǒng)的每個(gè)人來(lái)說(shuō)，這都是令人興奮的日子。如果說(shuō)最近幾年是一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)的話(huà)，許多驚喜還沒(méi)有到來(lái)。

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