Cell重磅组学大餐：小RNA与基因组稳定性

　　

生物通报道  《Cell》杂志是与《Science》、《Nature》等齐名的世界权威杂志，是公认的生命科学领域的顶尖杂志，主要刊登全世界在生命科学研究领域的最新、最重要的原创性成果。近期Cell杂志推出了一个重磅组学大餐：小RNA与基因组稳定性。piRNA成为了其中的焦点。

生物体的生殖系细胞担负着遗传信息的世代传递，其基因组的完整性对于个体和物种维持都至关重要。而基因组中大量存在的转座子等DNA移动元件则有可能引发基因组突变。科学家们在研究中证实生物体通常会利用一些小RNA分子引导蛋白质去沉默基因组中的转座子。这些信号通路普遍存在于原核细胞和真核细胞中，并在物种间以保守的机制发挥作用，其中包括识别外源遗传元件，激活沉默反应，维持活性转座子事件“记忆”等。而与这些Piwi蛋白相关的小RNA（称作pi RNAs）在这些过程中发挥了关键性的作用。

这种特殊的RNA最早是2006年来自冷泉港实验室的格雷格•汉农研究小组和纽约洛克菲勒大学的托马斯研究小组在对老鼠睾丸中的所有RNA编码时发现的。科学家们当时在对无脊椎动物和小鼠中对精子细胞发育过程中起重要作用的Piwi蛋白进行分析时，发现这种蛋白质上附着了一类新的RNA，因此将这类新RNA命名为“PIWI互动RNA”（简称pi RNAs）。而几乎在同时，来自波士顿的罗伯特•金斯顿和他的同事们也在大鼠的睾丸提取物中发现了piRNA。比起已发现的其他小分子RNA，30个核苷酸左右的piRNA要稍长。格雷格•汉农等发现piRNA大小约为29—30个核苷酸，而托马斯等人的结果稍有出入，在26—31个核苷酸左右。

通过对RNA染色，研究者们在其他哺乳动物的睾丸中也找到了潜在的这类piRNA，包括人类、大鼠以及公牛。这些物种中的piRNA和小鼠的具有同样的特征，如起始端尿嘧啶强偏好性以及长度在30个核苷酸左右等。

鉴于piRNA主要分布在包括人类等数种动物体睾丸的精原细胞内，科学家们推测这类小分子RNA功能可能与动物体精子的发育和维持相关。

2007年，Brennecke等提出piRNA信号可能是作为一个分子适应性免疫系统，感知并对抗沉默外来入侵遗传元件功能。

近年来随着针对piRNA信号研究的深入展开，科学家们普遍认为piRNA途径可能是动物生殖细胞进化获得的一个独特的对抗外来入侵遗传元件、维持自身基因组稳定和完整的作用通路，推测piRNA可能在表观遗传水平和转录后水平沉默转座子、逆转座子等DNA移动元件。

目前针对piRNA的研究大体的研究方向主要分为pi RNAs对转座子的调控，pi RNA的生物起源和功能以及在维持基因组稳定性上保守的分子机制等。

这期Cell杂志也针对科学家们在这几个研究方向上获得的突破性研究成果推荐了从2009年到2011年发表在Cell及子刊上的15篇pi RNA研究论文，供这一研究领域的科研工作者参考。

1.Discrete Small RNA-Generating Loci as Master Regulators of Transposon Activity in Drosophila.

2.SnapShot: Mouse piRNAs, PIWI Proteins, and the Ping-Pong Cycle

piRNAs in Transposon Control

3.Small RNAs as Guardians of the Genome. Cell, February 20, 2009

4. 3' End Formation of PIWI-Interacting RNAs In Vitro .Cell, September 16, 2011

5.The Drosophila HP1 Homolog Rhino Is Required for Transposon Silencing and piRNA Production by Dual-Strand Cluster .Cell, September 18, 2009

Cell Biology of piRNA Biogenesis and Function

6.MITOPLD Is a Mitochondrial Protein Essential for Nuage Formation and piRNA Biogenesis in the Mouse Germline .Cell, March 15, 2011

7. piRNA-Associated Germline Nuage Formation and Spermatogenesis Require MitoPLD Profusogenic Mitochondrial-Surface Lipid Signaling.Developmental Cell, March 15, 2011

8. The TDRD9-MIWI2 Complex Is Essential for piRNA-Mediated Retrotransposon Silencing in the Mouse Male Germline .Developmental Cell, December 15, 2009

9.alized piRNA Pathways Act in Germline and Somatic Tissues of the Drosophila Ovary .Cell, May 1, 2009

10.Collapse of Germline piRNAs in the Absence of Argonaute3 Reveals Somatic piRNAs in Flies .Cell, May 1, 2009

A Conserved Approach to Genomic Stability

11.The CRISPR System: Small RNA-Guided Defense in Bacteria and Archaea.Molecular Cell, January 15, 2010 

12.RNA-Guided RNA Cleavage by a CRISPR RNA-Cas Protein Complex .Cell, November 25, 2009 

13.Distinct Argonaute-Mediated 22G-RNA Pathways Direct Genome Survillance in the C. elegans Germline .Molecular Cell, October 2, 2009 

14.CDE-1 Affects Chromosome Segregation through Uridylation of CSR-1-Bound siRNAs .Cell, October 2, 2009 

15.Epigenetic Reprogramming and Small RNA Silencing of Transposable Elements in Pollen .Cell, February 6, 2009

（生物通：何嫱）