中科院Cell子刊解析piRNA作用通路

【字体: 时间:2013年01月16日 来源:生物通

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  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员近日在新研究中证实,piRNA在精子发生后期通过APC/C触发了MIWI泛素化及MIWI/piRNA机器清除。这一研究发现对于深入了解piRNA作用通路在哺乳动物精子发生中的功能机制具有重要意义。相关论文发布在1月14日的《发育生物学》(Developmental Cell)杂志上。

  

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员近日在新研究中证实,piRNA在精子发生后期通过APC/C触发了MIWI泛素化及MIWI/piRNA机器清除。这一研究发现对于深入了解piRNA作用通路在哺乳动物精子发生中的功能机制具有重要意义。相关论文发布在1月14日的《发育生物学》(Developmental Cell)杂志上。

中科院上海生命科学学院的刘默芳(Mo-Fang Liu)研究员和王恩多(En-Duo Wang)院士为这篇论文的共同通讯作者。前者的研究方向是非编码RNA在癌症发生和精子发生中的功能机制。后者主要从事蛋白质生物合成的质量控制研究。

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个体和物种维持都至关重要。真核生物基因组中存在不少自私的DNA链——转座子。这类遗传物质能够在染色体的不同位点间跳跃,导致基因组不稳定,甚至引发癌症,在生殖细胞系中,转座子的跳跃则可能导致不育。

Piwi互作RNA(piRNA)是近年来新发现的一类小RNA分子,主要在生殖细胞系中表达,对于维持生殖系DNA完整、抑制转座子转录、抑制翻译、参与异染色质的形成、执行表观遗传调控和生殖细胞发生等均有重要作用。过去的研究表明,生殖细胞特异性表达的PIWI家族蛋白是piRNA作用途径的中心,为piRNA生物生成及功能所必需。小鼠PIWI家族包括MILI、MIWI和MIWI2三个成员,特异性地在睾丸中表达,对小鼠精子发生至关重要。尽管近来的研究增进了我们对于piRNA生物合成及功能的了解,然而其作用通路机制仍然有待深究。

在这篇文章中,研究人员证实小鼠PIWI (MIWI)是通过APC/C-26S蛋白酶体信号通路进行降解,piRNAs通过促进MIWI与一种APC/C底物结合亚基的互作在这一过程中发挥了至关重要的作用。有趣的是,研究人员发现在晚期精细胞中piRNA触发的MIWI破坏,转而导致了piRNA消除,这揭示了一条在特定的发育阶段调节性清除MIWI/piRNA机器的前馈机制。重要的是,研究人员发现适当清除MIWI/piRNA是精子成熟的必要条件。

这些结果表明piRNAs通过泛素-蛋白酶体信号通路调控了MIWI/piRNA机器的清除,证实在雄性生殖细胞发育过程中适当的时序调控MIWI/piRNA具有非常重要的意义。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

piRNA-Triggered MIWI Ubiquitination and Removal by APC/C in Late Spermatogenesis    

e PIWI/PIWI-interacting RNA (piRNA) machinery has been well documented to maintain genome integrity by silencing transposons in animal germ cells. Recent studies have advanced our understanding of the biogenesis and function of this machinery; however, its metabolism has remained largely unexplored. Here, we show that murine PIWI (MIWI) is degraded through the APC/C-26S proteasome pathway and that piRNAs play an indispensable role in this process by enhancing MIWI interaction with an APC/C substrate-binding subunit. Interestingly, piRNA-triggered MIWI destruction occurs in late spermatids, which in turn leads to piRNA elimination, suggesting a feedforward mechanism for coordinated removal of the MIWI/piRNA machinery at a specific developmental stage. Importantly, the proper removal of MIWI/piRNA is essential for sperm maturation. Together, our results reveal a role for piRNAs in regulating the clearance of the MIWI/piRNA machinery via the ubiquitin-proteosome pathway and demonstrate the critical importance of proper temporal regulation of MIWI/piRNA in male germ cell development.

作者简介:

刘默芳

研究员,研究组长,博士生导师

个人简介:
1987-1991年,华东理工大学生物化学专业,理学学士;1991-1994年,华东理工大学生物化学专业,理学硕士;1997-2000年,中科院上海生物化学研究所生物化学与分子生物学专业,理学博士。2000 -2005年,美国国家健康研究院癌症研究所 (National Cancer Institute, NIH)博士后训练,从事基因表达调控。2005-2006美国约翰霍浦金斯医学院遗传和分子生物学系,研究助理。2006-至今,中科院上海生化细胞所,先后担任co-PI,RNA研究技术平台主任,研究组长。

研究方向:
非编码RNA在癌症发生和精子发生中的功能机制

研究工作:
实验室的兴趣在于了解非编码RNA的功能和作用机制,主要从事miRNA在癌症发生中的功能机制、piRNA在哺乳动物精子发生中的功能机制等两方面的研究。

王恩多

研究员,中科院院士,博士生导师,分子生物学国家重点实验室学术委员会主任。2005年当选中国科学院院士,2006年当选为第三世界科学院院士。

研究方向:蛋白质生物合成的质量控制

研究工作:
从事生物化学与分子生物学研究,研究方向为核酸与酶的相互作用。目前主要以tRNA和相关氨基酰-tRNA合成酶为对象进行研究。

本研究组用分子生物学、生物化学、细胞生物学、化学和结构生物学方法,以亮氨酸tRNA/亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)和精氨酸tRNA/精氨酰-tRNA合成酶(ArgRS)的系统进行“核酸与酶的相互作用”研究。目前重点研究从原核细菌到人细胞LeuRS的合成与编校功能,与编校功能有关的结构域和亮氨酸tRNA分子上的硷基,不同种属的亮氨酸tRNA/LeuRS和精氨酸tRNA/ArgRS的交叉识别,人线粒体和细胞质LeuRS和ArgRS及其与亮氨酸tRNA和精氨酸tRNA的相互作用。
       
研究组已发表研究论文100余篇,发表SCI收录的研究论文约80篇,其中在国外学术刊物发表55篇。研究结果400余次被包括《生物化学年鉴》和《细胞》中的综述,《美国科学院院报》,《欧洲分子生物学组织杂志》和《分子细胞》等学术刊物的研究论文引用。研究组与法国,加拿大,美国和香港等多家实验室有合作研究关系。


 

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