【免费下载】piRNA 综述

相同的区域，这些区域也似乎同时产生了原本存在于睾丸总 RNA 中的 26～28nt 的 MILI?interactingRNA 和富含
29～31nt 的 RNA。他们根据 Piwi 蛋白家族的成员 MILI 与这些小 RNA
的相互作用，命名为
PiwiinteractingRNAs，即 piRNAs。紧接着，Girard 等［3］在睾丸总 RNA 分离过程中也检测到了这种小 RNA，它
18～26nt 和 24～33nt 之间。序列分析表明 85％为 MILI?interactingRNA，88％的是含有 5′U 嘧啶的 24～33nt 的
RNA。基因组的聚类分析对应了 1500 多条 MILI?interactingRNA 的序列，根据在最大距离为 15kb 的两个连续位点
之间，表明有 80％的克隆只来源于 42 个基因区，我们还发现，76％的这些序列确立了 22～23nt 的库，也对应于
［7］，Ago3，Piwi 和 Aub 与非编码小 RNA 的另一个成员———重复相关小
RNA（repeat?associatedsmallinterferingRNAs，rasiRNAs）也存在相互作用关系［8］。rasiRNA 最初发现于果蝇和斑
马鱼的胚胎发育时期［9，10］，最近又发现在果蝇的生殖系细胞中也存在［11，12］，表达 rasiRNA 高度富集在睾
piRNA：一类新的非编码小 RNA 黄雪梅 张守涛 王 芳 刘 伟 张一折 （郑州大学生物工程系 郑州 450001） 摘要 piRNA（Piwi－interactingRNA）是从哺乳动物生殖细胞中分离得到的一类长度约为 30nt 的小 RNA，并且这 种小 RNA 与 PIWI 蛋白家族成员相结合才能发挥它的调控作用。目前，越来越多的文献表明 piRNA 在生殖细胞的 生长发育中的调控是由于 Piwi?piRNA 复合物引起的基因沉默导致的，但由于对 piRNA 的研究尚处于初级阶段， 它的一些具体的功能和生源论尚在研究当中。综述了 piRNA 的最新研究进展。 关键词 piRNA 非编码 小 RNA 生殖细胞 发育 中图分类号 Q74 生物体中 RNA 可以分成两大类：编码 RNA 和非编码 RNA。非编码 RNA 中有许多种小 RNA，在高等生物体内存 在着大量的非编码小 RNA，它们组成了细胞中高度复杂的 RNA 调控网络，在调节时序发育、细胞增殖、不对称 发育、树突状脊的发育、胚胎早期发育、肿瘤的发生发展、干细胞分化及抗病毒等整个细胞水平的几乎所有事件 中起着重要的调控作用。 在非编码小 RNA 的研究中，小干扰 RNA（siRNA）和微小 RNA（microRNA，miRNA）的研究起步较早、研究也 较深入。siRNA 是一类约 21～25nt 的 RNA 分子，由 Dicer（RNAaseⅢ家族中对双链 RNA 具有特异性的酶）加工 而成，通过完全互补配对的方式与目标 mRNA 结合，引起其降解，从而导致靶基因的的沉默。miRNA 是一种长度 为 21～25nt 的单链小分子 RNA。它广泛存在于真核生物中，成熟的 miRNA，5′端有一个磷酸基团，3′端为羟基， 它是由 70～90 个碱基、具发夹结构单链 RNA 前体（pre miRNA）经过 Dicer 酶加工而成，主要通过与靶标基因不 完全互补结合，进而抑制翻译或促进 mRNA 聚腺苷酸尾巴（polyAtail）的去除等方式调控靶基因的表达［1］。但 最近的相关研究发现，生物体内还存在与前两种小 RNA 长度不同的另一类非编码小 RNA，它们的长度约为 30nt，通过与 Argonaute 家族蛋白等结合来调控 mRNA 的稳定性、蛋白质的合成、染色质组织和基因组的结构。 有关 piRNA 的研究成果主要来自于美国、英国和日本，尚未见国内实验室的有关研究报道。
丸和早期胚胎中。rasiRNA 长度为 22～24nt，与转座因子、卫星和微卫星 DNA 以及 Stellate 重复抑制的反义链，需要 Dicer?3（RNaseШ）催化，但没有 2′，3′末端羟基的特性。rasiRNA
也与 Piwi 蛋白相结合可能在生殖细胞中沉默逆转录转座子和重复元件来调节着果蝇的生殖系的发育，它的沉默机
制可能与 piRNA 的调节方式存在一定的关系。
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根保通据护过生高管产中线工资敷艺料设高试技中卷术资配，料置不试技仅卷术可要是以求指解，机决对组吊电在顶气进层设行配备继置进电不行保规空护范载高与中带资负料荷试下卷高总问中体题资配，料置而试时且卷，可调需保控要障试在各验最类；大管对限路设度习备内题进来到行确位调保。整机在使组管其高路在中敷正资设常料过工试程况卷中下安，与全要过，加度并强工且看作尽护下可关都能于可地管以缩路正小高常故中工障资作高料；中试对资卷于料连继试接电卷管保破口护坏处进范理行围高整，中核或资对者料定对试值某卷，些弯审异扁核常度与高固校中定对资盒图料位纸试置，.卷编保工写护况复层进杂防行设腐自备跨动与接处装地理置线，高弯尤中曲其资半要料径避试标免卷高错调等误试，高方要中案求资，技料编术试5写交卷、重底保电要。护气设管装设备线置备4高敷动调、中设作试电资技，高气料术并中课3试中且资件、卷包拒料中管试含绝试调路验线动卷试敷方槽作技设案、，术技以管来术及架避系等免统多不启项必动方要方式高案，中；为资对解料整决试套高卷启中突动语然过文停程电机中气。高课因中件此资中，料管电试壁力卷薄高电、中气接资设口料备不试进严卷行等保调问护试题装工，置作合调并理试且利技进用术行管，过线要关敷求运设电行技力高术保中。护资线装料缆置试敷做卷设到技原准术则确指：灵导在活。分。对线对于盒于调处差试，动过当保程不护中同装高电置中压高资回中料路资试交料卷叉试技时卷术，调问应试题采技，用术作金是为属指调隔发试板电人进机员行一，隔变需开压要处器在理组事；在前同发掌一生握线内图槽部纸内故资，障料强时、电，设回需备路要制须进造同行厂时外家切部出断电具习源高题高中电中资源资料，料试线试卷缆卷试敷切验设除报完从告毕而与，采相要用关进高技行中术检资资查料料和试，检卷并测主且处要了理保解。护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
沉淀分离了核酸，并利用亲和方法纯化了抗 MILI?pepN2 的抗体收集了一段多肽。从小鼠和人的睾丸总 RNA 中分
离出的小 RNA 进行凝胶纯化，克隆和测序。结果发现有两种不同大小的小 RNA：26～28nt 和 30nt 左右的 RNA。
为了鉴定不同的 RNA 类群，他们克隆和测定了从睾丸中获得的 MILI interactingRNA 和小 RNA，长度范围在
1 piRNA 的发现
2006 年 7 月，Nature 和 Science 等杂志几乎同时报道了一类新的非编码小 RNA，发现它们与生殖细胞发育密切相
关［2，3］。最初，Aravin 等［2］发现了该种小 RNA，他们在 3 个月大的 C57BL／6J 雄性小鼠中利用离心淘析技
术从输精小管中获得了生殖细胞。从小鼠全睾丸组织的全细胞裂解液中进行了 MILI 核糖核蛋白复合体的免疫共
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2 piRNA 的结构特征 piRNA 是一类长度为 26～31nt 单链的小 RNA，大部分集中在 29～30nt，与 miRNA 和 rasiRNAs 一样，5′端也具有 强烈的尿嘧啶倾向性（约 86％）。虽然 rasiRNA 和 piRNA 的大小相似，但有两点不同：首先，piRNA 以高度特异 链的方式对应于基因组，相反，rasiRNA 在有义或反义定位之内对应于重复区域，它们似乎是由长 dsRNA 前体随 机产生的。其次，piRNA 主要对应于单链基因组位点，但是 rasiRNA 是通过定义可转座元件在内的重复位点来对 应的。piRNA 的表达具有组织特异性，调控着生殖细胞和干细胞的生长发育，目前只在老鼠［2～6］、果蝇［13］、 斑马鱼［14］等哺乳动物的生殖细胞中发现了这类小分子。 piRNA 在染色体上的分布极不均匀，在小鼠中它们主要分布于 17、5、4、2 号染色体上，而很少分布于 1、3、16、19 和 X 染色体上，基本不分布于 Y 染色体上［4］。另外，piRNA 主要存在于基因间隔区，而很少存 在于基因区或重复序列区。它们主要成簇分布在 1～100kb 相对较短的基因组位点，且包含有 10～4500 个小分子 RNA［15］。由于 piRNA 成簇分布，且每一个几乎都具有同一取向，说明同一簇 piRNA 可能来源于同一长初始转 录物，但有一部分成簇的 piRNA 会突然改变取向，说明这些双向的成簇 piRNA 可能由相同的启动子按不同的方式 转录而来［15］。 3 piRNA 的生物学功能 目前的研究表明，piRNA 主要存在于哺乳动物的生殖细胞和干细胞中，通过与 Piwi 亚家族蛋白结合形成 piRNA 复合物（piRC）来调控基因沉默途径。对 Piwi 亚家族蛋白的遗传分析以及 piRNA 积累的时间特性研究发现， piRC 在配子发生过程中起着十分重要的作用。经过研究人员分析发现，只有 17％ ～20％的哺乳动物 piRNA 对应 于标记的重复序列，包括转座子和逆转录转座子［15］。因此，piRNA 从后生程序化和抑制转录到转录后调控可能 会有不同的功能。根据 Piwi 蛋白已知的功能推测 piRNA 的功能可能有 3 个方面［16，17］。 3．1 沉默转录基因过程 在果蝇中的研究已经表明 Piwi 和 rasiRNA 的作用是沉默重复元件。在裂殖酵母（Schizosaccharomycespombe）中， 小 RNA 和 RNAi 途径涉及到了转录基因沉默（TGS）。在研究哺乳动物中 TGS 的因子时，纯化得到了一个包含小 RNA 和 Riwi 的复合物（与人类 Piwi 同源），该复合物称为 piRNA 复合物。它的制备物中包含 rRecQ1，与脉孢菌 （Neurospora）qde?3 基因的表达蛋白同源，而该基因参与沉默途径。因此推断，哺乳动物的 piRNA 可能在 TGS 中起作用［6］。 在果蝇中，一个 as?yet?uncloned 异染色质基因的功能性等位基因 flamenco 能抑制内源性逆转录酶病毒 gypsy。Piwi 突变体，是已经知道的影响 RNA 介导的同源决定的转基因沉默，也说明了在限制性的雌性生殖腺中阻断 gypsy 的 抑制作用。因此，推断 piRNA 的功能和 Piwi 蛋白密切相关，具有 Piwi 依赖性［18］。最近又发现，在 flamenco 敲 除突变体中成熟 piRNA 的表达水平大量地减少［13］，而在 Piwi 敲除突变体中 gypsyRNA 的表达水平却增加了 150 倍［18］，这些结果说明 Piwi 蛋白结合的 piRNA 的功能是维持转座子沉默。 最近，在另一项研究中发现了果蝇中存在的一种 Aub?associate?piRNA 的沉默机制［19］。Aub 突变体导致了卵巢 和睾丸中的逆转录转座子的积累，以及睾丸中的 Stellate 转录物的积累。在卵巢中 Aub?associate?piRNA 来源于包 括逆转录转座子在内的基因间的重复元件。而在睾丸中的 Aub 也联合着不同的 piRNA。大多数 piRNA 与 Stellate 抑制基因转录本的反义链对应，Stellate 是已知的关于基因沉默的基因，另一个富含的种类是由来自 X 染色体和与 vasa 转录本高度互补的序列组成。这是首次以生物化学的观点提出了由 Aub 和 piRNA 介导的沉默机制。 3．2 维持生殖系和干细胞功能 Piwi 是一个表观遗传调控因子，起着调节生殖干细胞维持的作用［20］。Polycombgroup（PcG）蛋白可以维持关键 的发育调节因子。在果蝇中，PcG 与 PcG 反应元件（PREs）结合沉默持家基因。在果蝇基因组中，Piwi 与 PcG 蛋 白体共定位簇集成 PcG 反应序列［21］。这样，一些 Piwi 有关的 piRNA 可能与表观遗传调控有关。研究人员在果 蝇中检测了关于 RNA 积聚而假定的 RNA 沉默机制的效果。这些积聚的 RNA 包括不同的 gypsy 序列并报道了沉默 的效果确实是与存在于卵巢中 25～30nt 长度的有义 RNA 的数量有关。实验结果发现 rasiRNA 对 gypsy 转录本的有 义链有下调作用［22］，而且，在雄性生殖系中，Piwi 蛋白能够阻止逆转录转座子的转录［23］。这样证据表明一 些 piRNA 可能与后生调控有关。 Piwi 亚家族主要有 3 个成员，分别是 MIWI，MILI 和 MIWI2，是生殖系细胞中的特异性蛋白［24，25］，与精子 的发生有非常密切的关系，敲除 Miwi，Mili 或 Miwi2 基因，都会造成小鼠精子产生明显缺陷，表现为雄性不育 ［24～26］。MILI 在早期的精子发生时表达，即从精原细胞的有丝分裂到精母细胞的粗线期，缺失 MILI 的小鼠则 停止在粗线期；MIWI 的表达则要晚一些，从粗线期到球形精细胞期，基因敲除的 MIWI 会导致精子发生停止在球 形精细胞期。而基因敲除的 MIWI2 的小鼠在减数分裂早期有减数分裂进展的缺陷，并且生殖细胞随着龄期有显着 的损失［25］。MIWI2 突变体中生殖细胞表型的损失，和果蝇中 Piwi 突变体一样，证明了小鼠中的 MIWI2 和果蝇
RNA（gsRNA），由于命名原则的不同，故在名称上存在一定的差异［4～6］。
目前，在果蝇中已经鉴定了 5 种 Argonaute 蛋白：Ago1，Ago2，Ago3，Piwi 和 Aubergine（Aub），其中 Ago1
和 Ago2 属于 Ago 亚家族，是普遍表达的，而 Ago3，Piwi 和 Aub 属于 Piwi 亚家族，它的表达具有种系特异性
与 MIWI 蛋白（一种鼠科的 Piwi 蛋白）结合。他们用小鼠 17 号染色体，大鼠 20 号染色体和人的 6 号染色体进行