RNAi专家发Cell子刊封面文章 解析新miRNA

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所的研究人员报道了一类新的microRNAs（miRNAs），这类miRNAs能特异性地介导靶标基因的甲基化并抑制其表达。这一研究成果公布在《Molecular Cell》杂志封面上，封面图片以中国神话人物哪吒为形象，生动地表达了miRNAs调控靶标基因的多才多艺。

领导这一研究的是北京生命科学研究所的戚益军研究员，其早年毕业于南京农业大学，实验室综合遗传学，分子生物学和生物化学的方法，以拟南芥和衣藻为模式生物，研究中RNAi的作用机理和功能。研究兴趣包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。

miRNAs是一类在真核生物中广泛存在的，可以调控靶标基因表达的非编码RNAs。miRNAs通过与Argonaute蛋白结合后形成基因沉默效应复合体，切割靶标mRNA或抑制其翻译。水稻(Orzya_sativa)编码四个Argonaute1同源基因(AGO1a, AGO1b, AGO1c, and AGO1d)。

这种分子在基因表达调控中起着非常重要的作用。在植物中，miRNAs的长度一般为～21 nt，其产生依赖于Dicer-like 1（DCL1）。miRNAs产生后与Argonaute1 (AGO1)蛋白结合形成基因沉默效应复合体 (RNA-Induced Silencing Complex, RISC)，从而通过切割靶标基因的mRNA或抑制翻译的方式在转录后水平调控基因表达。

研究人员在水稻中发现了一类长度为24 nt 的miRNAs，并定名为long miRNAs (lmiRNAs)。研究发现，与常规的21 nt 的miRNAs不同，lmiRNAs由另一个Dicer 家族成员，DCL3切割产生，并与AGO4亚家族蛋白形成RISCs。进一步研究表明，lmiRNAs与AGO4的特异性互作不仅取决于lmiRNAs的5’ 末端核苷酸，而且依赖于上游lmiRNAs的产生机制。更为重要的是，该实验室发现lmiRNAs不是在转录后水平调控靶基因，而是通过介导靶标基因DNA的甲基化在转录水平抑制其表达。这些发现揭示了miRNAs对靶标基因的一种新的调控方式。

这一论文发表后引起关注，5月14日《Cell》杂志在“Leading Edge”栏目发表短评“MicroRNAs set a course for DNA methylation”，对该论文作了专门介绍。

（生物通：万纹）

原文摘要：

DNA Methylation Mediated by a MicroRNA Pathway

In plants, the known microRNAs (miRNAs) are produced as 21 nucleotide (nt) duplexes from their precursors by Dicer-like 1 (DCL1). They are incorporated into Argonaute 1 (AGO1) protein to regulate target gene expression primarily through mRNA cleavage. We report here the discovery of a class of miRNAs in the model monocot rice (Oryza sativa). These are 24 nt in length and require another member of the Dicer family, DCL3, for their biogenesis. The 24 nt long miRNAs (lmiRNAs) are loaded into AGO4 clade proteins according to hierarchical rules, depending on the upstream biogenesis machinery and the 5-terminal nucleotide. We demonstrated that lmiRNAs direct DNA methylation at loci from which they are produced as well as in trans at their target genes and play roles in gene regulation. Considered together, our findings define a miRNA pathway that mediates DNA methylation.

作者简介：

戚益军 博士
北京生命科学研究所研究员
E-mail：[e-mail]

2001
浙江大学分子生物学博士学位

1995
南京农业大学植物病理学学士学位

工作经历
2006-present
北京生命科学研究所研究员

2004-2006
美国冷泉港实验室博士后

2001-2004
美国俄亥俄州立大学博士后

研究概述：

RNA干扰 (RNA interference, RNAi) 是真核生物中的一种普遍现象，它在很多不同的生物过程中起到非常重要的作用。这些过程包括发育调控，抵抗病毒侵染，以及染色质修饰。RNAi的重要特征包括Dicer切割产生小分子RNA和RNA诱导的沉默结合体 (RNA-induced silencing complex, RISC) 的形成。RISC可以导致转录或转录后水平的基因沉默。在植物中存在多种RNAi通路，这包括siRNA介导的转录后水平的基因沉默，miRNA介导的切割或翻译抑制和转录水平的基因沉默。转录水平的基因沉默通常与染色质的修饰（DNA和histone的甲基化）紧密相关。

我们实验室综合遗传学，分子生物学和生物化学的方法，以拟南芥和衣藻为模式生物，研究中RNAi的作用机理和功能。我们的兴趣包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。

RNAi的发现不但拓宽了本实验室对RNA在基因表达中调控作用的了解，同时给我们提供了研究基因功能的强大工具。我们实验室也对RNAi在植物功能基因组中的应用有兴趣。