Nature系列综述:刘默芳团队系统解析piRNA的生成、调控和机制

2022-10-04 转化医学新前沿 生物世界

该论文系统总结了piRNA前体转录、piRNA生成、piRNA通路机制与功能,概述了piRNA调控在果蝇和小鼠生殖细胞发育分化及在生殖障碍、肿瘤和神经退行性疾病等人类疾病中的新功能。

近日,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)刘默芳研究组和法国蒙彼利埃大学人类遗传学研究所教授 Martine Simonelig 团队合作,在 Nature Reviews Molecular Cell Biology 期刊发表了题为:Emerging roles and functional mechanisms of PIWI-interacting RNAs 的长文综述。

该论文系统总结了piRNA前体转录、piRNA生成、piRNA通路机制与功能,概述了piRNA调控在果蝇和小鼠生殖细胞发育分化及在生殖障碍、肿瘤和神经退行性疾病等人类疾病中的新功能。

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piRNA是一类小分子非编码RNA,因特异性地与PIWI蛋白结合而被命名为PIWI-interacting RNA,简称piRNA。与其他小分子非编码RNA如miRNA或siRNA相比,piRNA长度更长(23-31 nt),且5′端有1U偏好性、3′末端有2′-O-甲基化修饰。从加工途径来看,miRNA和siRNA分别由RNase III(Dicer)切割发夹形和长双链前体转录本产生;而piRNA由长单链转录本产生,不依赖于Dicer。

PIWI-piRNA复合物在动物生殖细胞中特异性表达,主要发挥沉默转座元件(transposable element,TE)、维持生殖细胞基因组稳定性和完整性的功能。然而,刘默芳研究组等发现,PIWI-piRNA复合物调控了生殖细胞中大量蛋白编码基因,丰富了piRNA在动物配子发生中的功能机制,开启了该领域研究的新方向。自2006年piRNA发现以来,研究证明,从节肢动物到哺乳动物,尽管在不同模式动物的作用有所不同,piRNA调控通路对精子发生、卵子发生或二者都至关重要。此外,刘默芳研究组等还发现,PIWI-piRNA调控异常与多种人类疾病相关。

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PIWI-piRNA复合物调控果蝇和小鼠生殖细胞蛋白编码基因的分子机制

该综述从piRNA的生物生成、调控机制和生物学功能出发,系统地总结和梳理了piRNA前体转录、piRNA的加工、piRNA的靶向规则、PIWI-piRNA复合物沉默转座元件和调控编码基因的机制、piRNA调控通路在动物生殖发育和人类疾病中的作用等内容,并展望了未来piRNA领域的研究方向和未解决的科学问题。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41580-022-00528-0

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