中科院JCB发表piRNA新成果

　　

生物通报道：生殖细胞担负着将遗传信息世代传递的重任，其基因组的完整性至关重要。转座子能够在染色体的不同位点之间跳跃，如果这种片段插入生殖细胞的基因组，就会引发突变和严重染色体异常，甚至导致不孕不育。

piRNA（Piwi－interactingRNA）发现于2006年，是一类长度约为30nt的小RNA，主要存在于生殖细胞中。这些非编码RNA需要PIWI蛋白才能发挥作用，对转座子进行束缚。科学家们将piRNA与蛋白组成的防御机制比作基因组的免疫系统。

2012年前后piRNA研究领域开启了令人兴奋的新时代，该领域的重要成果纷纷登上Science、Nature、Cell等顶尖杂志。（延伸阅读：Science细述基因组卫士piRNA的故事）

人们认为，黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中的piRNA主要通过“乒乓”循环生成，Aub和AGO3两种PIWI蛋白在这一过程中介导RNA的定向剪切。

中科院动物研究所的陈大华研究员与Emory大学医学院的金鹏教授（Peng Jin）合作，对piRNA的扩增机制进行了深入研究，并在此基础上发现了一个重要的调控机制。这一成果发表在七月二十一日的《细胞生物学杂志》（JCB）上。

金鹏教授曾获Beckman 青年研究奖、Basil O'Connor奖、斯隆奖（Alfred P. Sloan Research Fellow in Neuroscience）等多项荣誉。在Cell，Nature Neuroscience和Neuron 等国际顶级权威刊物上发表多项重要研究成果。

研究团队发现，AGO3的剪切活性是piRNA扩增所必须的。不过，AGO3也具有独立于剪切活性的功能，抑制同型的Aub:Aub乒乓过程。

研究人员对剪切活性发生突变的AGO3进行表达，结果在果蝇生殖细胞的nuage中出现了Armitage的异常累积，Armitage是初级piRNA通路中的一个关键组分。

进一步研究显示，线粒体相关蛋白Zucchini能与AGO3共同作用，控制Armitage在线粒体和nuage之间的亚细胞定位。这些发现将线粒体与nuage关联起来，向人们展现了piRNA扩增的一个重要调控机制。

作者简介：

陈大华  男，1970年3月出生于安徽省巢湖市，博士，研究员，博士生导师；中国科学院动物研究所计划生育生殖生物学国家重点实验室副主任，模式动物与干细胞生物学研究组组长。

国家杰出青年基金获得者、新世纪百千万人才工程国家级人选。1999年中国科学院植物研究所获理学博士学位，1999年至2003先后在University of Kentucky 和UTSouthwestern Medical Center从事博士后研究，2003年至2005年在UT SouthwesternMedical Center任Instructor。2005年作为中国科学院动物所“****引进国外杰出人才”回国后任研究员。先后在中国科学院动物所生物膜与膜生物工程国家重点实验室、生殖生物学国家重点实验室任副主任。近年来应邀为Current Biology、Development、 Molecular Biology of the Cell、Genesis和JGG等杂志审稿人。自2000年以来，陈大华博士一直从事干细胞命运调控机制的研究。近年来，陈大华研究组以果蝇生殖干细胞为模型，在干细胞命运调控机制研究中取得一系列的进展，证明了小分子RNA、核膜介导的转录调控及泛素化等途经在果蝇生殖干细胞命运决定中起重要作用。相关研究成果发表在Cell、Development、 Developmental Cell、PLoS Genetics和Human Molecular Genetics 等遗传学和发育生物学等领域主流杂志上。

 

生物通推荐原文：

AGO3 Slicer activity regulates mitochondria–nuage localization of Armitage and piRNA amplification

In Drosophila melanogaster the reciprocal “Ping-Pong” cycle of PIWI-interacting RNA (piRNA)–directed RNA cleavage catalyzed by the endonuclease (or “Slicer”) activities of the PIWI proteins Aubergine (Aub) and Argonaute3 (AGO3) has been proposed to expand the secondary piRNA population. However, the role of AGO3/Aub Slicer activity in piRNA amplification remains to be explored. We show that AGO3 Slicer activity is essential for piRNA amplification and that AGO3 inhibits the homotypic Aub:Aub Ping-Pong process in a Slicer-independent manner. We also find that expression of an AGO3 Slicer mutant causes ectopic accumulation of Armitage, a key component in the primary piRNA pathway, in the Drosophila melanogaster germline granules known as nuage. AGO3 also coexists and interacts with Armitage in the mitochondrial fraction. Furthermore, AGO3 acts in conjunction with the mitochondria-associated protein Zucchini to control the dynamic subcellular localization of Armitage between mitochondria and nuage in a Slicer-dependent fashion. Collectively, our findings uncover a new mechanism that couples mitochondria with nuage to regulate secondary piRNA amplification.