Cell子刊：生殖细胞的piRNA通路大名单

　　

生物通报道：转座子广泛存在于生物的基因组中，能够自我复制，并随机插入到染色体上，因此又被称为跳跃基因。转座子在生殖细胞中特别危险，可能导致不孕或对后代发育产生严重影响。在进化过程中，复杂生物形成了一套生殖细胞基因组的防御机制，这一机制被称为piRNA通路。

冷泉港实验室（CSHL）Gregory Hannon教授领导的研究团队对piRNA通路进行了研究。他们在雌性果蝇的卵巢中，鉴定了参与转座子抑制的一系列基因，获得了piRNA通路核心元件的综合列表。文章发表在Cell旗下的Molecular Cell杂志上。

动物的piRNA通路包括Piwi蛋白家族和小RNA分子（即piRNA）。自2006年发现piRNA以来，人们一直试图了解这些RNA如何产生又怎样发挥功能。此前，科学家们已经鉴定了piRNA通路中的一些重要成员，但该通路中还有许多成员是未知的。

“我们鉴定了piRNA通路发挥正常功能所必需的大量基因，并对其中一些进行了深入研究。”Hannon说。这项研究增进了人们对piRNA通路的理解，为解析整个转座子抑制机制提供了基础。

研究人员认为，这些发现可以帮助人们在体外重建piRNA通路，以便深入理解细胞选择性沉默基因的具体机制。在此基础上，人们有望开发新疗法，治疗与基因功能异常有关的复杂疾病，例如癌症和精神分裂症等。

这项研究在果蝇体内进行，因为它们具有人类生殖细胞防御系统的全部基本元素。研究人员在雌性生殖细胞和滤泡细胞（源自体细胞）中，通过RNA干涉（RNAi）对大量基因进行了筛选。为了分析单个基因对转座子水平的影响，他们在雌性生殖细胞中，一一下调了在卵巢表达的8000个基因，并用同样的方法在滤泡细胞中分别下调了果蝇基因组的全部13,900个基因。

在此基础上，研究人员鉴定了大量参与转座子抑制的基因，并选取影响最大的基因进行深入研究。研究显示，抑制asterix基因会使gypsy转座子的水平显著升高。当asterix基因被下调时，gypsy转座子活化，先生成一段RNA。正常情况下，Piwi蛋白与小RNA形成的复合体，能够识别该RNA序列，并使转录过程停止。

研究显示，piRNA使包装gypsy DNA的组蛋白发生化学修饰（H3K9三甲基化），以此给gypsy打上“沉默”标签。这时基因表达系统无法接触gypsy，使其保持在休眠状态。如果缺乏asterix，gypsy就可以开始转录，转座子得以扩散。

研究人员发现，一些在生殖细胞抑制转座子的基因，也在滤泡细胞中发挥同样的作用，说明它们是“核心piRNA通路”中的成员。在果蝇的生殖细胞中，可能活跃的转座子约有80 -100个，比滤泡和其他体细胞多得多。因此雌性生殖细胞中的piRNA机制更为精密，转座子的抑制系统包括更多的基因和辅助蛋白。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

A Transcriptome-wide RNAi Screen in the Drosophila Ovary Reveals Factors of the Germline piRNA Pathway

The Drosophila piRNA pathway provides an RNA-based immune system that defends the germline genome against selfish genetic elements. Two interrelated branches of the piRNA system exist: somatic cells that support oogenesis only employ Piwi, whereas germ cells utilize a more elaborate pathway centered on the three gonad-specific Argonaute proteins (Piwi, Aubergine, and Argonaute 3). While several key factors of each branch have been identified, our current knowledge is insufficient to explain the complex workings of the piRNA machinery. Here, we report a reverse genetic screen spanning the ovarian transcriptome in an attempt to uncover the full repertoire of genes required for piRNA-mediated transposon silencing in the female germline. Our screen reveals key factors of piRNA-mediated transposon silencing, including the piRNA biogenesis factors CG2183 (GASZ) and Deadlock. Our data uncover a previously unanticipated set of factors preferentially required for repression of different transposon types.