牛校Cell发文解析miRNA与表观遗传

　　

生物通报道：Cell杂志近期接连公布了三篇关于一种小分子RNA：piRNAs对表观遗传记忆影响的重要研究论文，这些文章分别由剑桥大学，麻省大学医学院等处完成，这些研究成果对于理解多代表观遗传机制具有重要意义。

前文：诺奖得主连发两篇Cell文章：piRNA突破性发现

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。

piRNAs与多代表观遗传

跨代效应具有广泛而又重要的的影响，不仅在人类健康，还有生物适应性和进化方面也扮演了重要角色。但是这些跨代效应的机制，以及生物学原理至今科学家们了解的还并不多。

在这篇“piRNAs Can Trigger a Multigenerational Epigenetic Memory in the Germline of C. elegans”文章中，研究人员发现了一种生殖细胞核小分子RNA/染色质途径，这一途径在一种依赖于piRNA的外来RNA应答作用的诱导下，能维持许多代稳定的遗传性。

研究人员又进一步通过遗传筛选，以及候选方法，发现了一组对于环境RNAi和piRNA途径多代遗传具有关键意义的细胞核RNAi，以及染色质因子，这些元件中包含有生殖细胞特异性细胞核Argonaute HRDE1/WAGO-9, 一个HP1同源异构体HPL-2，以及两个假定的知道不甲基化转移酶，SET-25和SET-32。

研究证明，piRNAs能诱导高稳定至少长达20代的长时间基因沉默，而且一旦沉默发生，那么这种长时程记忆就可以脱离piRNA的启动，无需再要piRNA的诱导，而依赖于细胞核RNAi/染色质途径了。这些研究数据提出了一种由piRNAs诱导的多代表观遗传新机制。

piRNAs介导生殖细胞转录全基因组监控

在另外一篇题为“C. elegans piRNAs Mediate the Genome-wide Surveillance of Germline Transcripts”的文章中，研究人员提出了一种解析piRNAs靶向能力模型的新证据。

Piwi Argonautes和Piwi-interacting RNAs (piRNAs) 能通过靶向转座子，介导基因组防御。但是许多piRNAs并没有显而易见的能与转座子或者其它位点结合的序列，目前还只有一个作为piRNA靶标的线虫转座子被发现。

这项研究指出，对于Piwi Argonaute PRG-1缺陷型个体——会引发piRNAs/21U-RNAs的缺乏，生殖细胞中的许多沉默位点都会表现出，mRNA表达水平的增加，同时RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）来源的第二小RNAs，即22G-RNAs也会被耗尽。

研究人员还发现PRG-1诱导启动，能沉默包含内源性21U-RNAs互补转基因，这些研究数据支持一种模型——认为线虫piRNAs能利用其有效的靶向能力，扫描生殖细胞转录本，筛查外来序列，而内源性生殖表达的基因则被piRNA诱导沉默保护了。

这对于区分“自我”和“非我”核苷酸具有重要意义。

（生物通：张迪）

原文检索：

piRNAs Initiate an Epigenetic Memory of Nonself RNA in the C. elegans Germline
Masaki Shirayama, Meetu Seth, Heng-Chi Lee, Weifeng Gu, Takao Ishidate, Darryl Conte, and Craig C. Mello
10.1016/j.cell.2012.06.015

piRNAs Can Trigger a Multigenerational Epigenetic Memory in the Germline of C. elegans
Alyson Ashe, Alexandra Sapetschnig, Eva-Maria Weick, Jacinth Mitchell, Marloes P. Bagijn, Amy C. Cording, Anna-Lisa Doebley, Leonard D. Goldstein, Nicolas J. Lehrbach, Jérémie Le Pen, Greta Pintacuda, Aisa Sakaguchi, Peter Sarkies, Shawn Ahmed, and Eric A. Miska
10.1016/j.cell.2012.06.018

C. elegans piRNAs Mediate the Genome-wide Surveillance of Germline Transcripts
Heng-Chi Lee, Weifeng Gu, Masaki Shirayama, Elaine Youngman, Darryl Conte, and Craig C. Mello
10.1016/j.cell.2012.06.016