Nature：颠覆常规！揭示细胞产生piRNA新机制

来源：作者：人气：-发表时间：2017-08-28 09:59:00【大中小】

从酵母到人类的所有有机体中的DNA编码着让它们存活和繁殖所必需的基因。但是这些有益的基因仅占我们的DNA的2%。事实上，三分之二以上的我们的基因组被自私基因占据着，这些自私基因仅关注它们自己的复制。它们分散在植物、真菌和动物的基因组中，能够从一个基因组位点跳跃到另一个基因组位点。尽管它们在产生基因组多样性上发挥着重要的作用，但是它们也能够导致致命性突变或不孕不育。正如细菌利用CRISPR/Cas9系统识别和切割入侵它们的DNA的病毒，真核生物已进化出多种策略来保护它们的基因组和沉默这些自私基因。小调节RNA调控着很多这样的基因组防御机制，而且也已产生重大的生物技术创新。

piRNA如何能够由沉默的基因组区域产生

解决进化中的“先有鸡还是先有蛋”困境

维持动物基因组完整性的一种重要的通路是piRNA通路。piRNA通路在生殖细胞中是有活性的，而且利用被称作piRNA的小片段RNA互补性地结合到自私基因的转录本上，因而利用与piRNA结合的Argonaut蛋白启动沉默。奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的Julius Brennecke实验室一直在果蝇中利用前沿的下一代测序技术积极地探究这些基于RNA的自我防御机制。piRNA的来源位于基因组中含有自私DNA序列的沉默区域。这种组装便产生一种进化中的“先有鸡还是先有蛋”困境：piRNA如何能够由它们沉默的基因组区域产生？

在一项新的研究中，Brennecke实验室不仅解决了这个谜团，而且也描述了一种全新的基因表达机制。相关研究结果于2017年8月23日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A heterochromatin-dependent transcription machinery drives piRNA expression”。

Moonshiner蛋白：总有出路

这种新发现的通路围绕着一种被称作Moonshiner的蛋白。Moonshiner蛋白是一种基础转录因子的同源蛋白，与Rhino蛋白相互作用。Rhino是一种结合到自私基因的异染色质上的蛋白。Rhino蛋白将Moonshiner蛋白招募到这种异染色质区域，随后Moonshiner蛋白启动催化转录的RNA聚合酶II-前起始复合物（RNA polymerase II pre-initiation complex）组装。因此，在原本沉默的基因组区域中的基因表达是通过一种嵌入在组蛋白标记而不是在DNA序列中的不同代码进行激活的。这些发现表明piRNA转录违背了经典的基因激活规则，涉及将标准的基因激活与基因沉默组合在一起。

论文第一作者、IMBA博士后研究员Peter Andersen解释道，“这种在piRNA簇集区（产生piRNA的地方）中有活性的通路将两种不同的系统---基因激活和基因沉默---结合在一起而非常熟练地编辑相关的基因复合体。”

因此，这种Moonshiner通路揭示出细胞如何能够利用异染色质进行转录。Brennecke说，“细胞产生绕过常规通路的策略。这些当前的发现不仅对理解有用的基因和自私基因之间的军备竞赛是至关重要的，而且它们也促进以一种整体的方式理解基因表达，其中这种军备竞赛影响着而且仍然促进进化过程。”

文章来源

Peter Refsing Andersen, Laszlo Tirian, Milica Vunjak et al. A heterochromatin-dependent transcription machinery drives piRNA expression. Nature, Published online 23 August 2017, doi:10.1038/nature23482