Nature：顛覆常規！揭示細胞產生piRNA新機制

來源：作者：人氣：-發表時間：2017-08-28 09:59:00【大中小】

從酵母到人類的所有有機體中的DNA編碼著讓它們存活和繁殖所必需的基因。但是這些有益的基因僅占我們的DNA的2%。事實上，三分之二以上的我們的基因組被自私基因占據著，這些自私基因僅關注它們自己的復制。它們分散在植物、真菌和動物的基因組中，能夠從一個基因組位點跳躍到另一個基因組位點。盡管它們在產生基因組多樣性上發揮著重要的作用，但是它們也能夠導致致命性突變或不孕不育。正如細菌利用CRISPR/Cas9系統識別和切割入侵它們的DNA的病毒，真核生物已進化出多種策略來保護它們的基因組和沉默這些自私基因。小調節RNA調控著很多這樣的基因組防御機制，而且也已產生重大的生物技術創新。

piRNA如何能夠由沉默的基因組區域產生

解決進化中的“先有雞還是先有蛋”困境

維持動物基因組完整性的一種重要的通路是piRNA通路。piRNA通路在生殖細胞中是有活性的，而且利用被稱作piRNA的小片段RNA互補性地結合到自私基因的轉錄本上，因而利用與piRNA結合的Argonaut蛋白啟動沉默。奧地利科學院分子生物技術研究所（IMBA）的Julius Brennecke實驗室一直在果蠅中利用前沿的下一代測序技術積極地探究這些基于RNA的自我防御機制。piRNA的來源位于基因組中含有自私DNA序列的沉默區域。這種組裝便產生一種進化中的“先有雞還是先有蛋”困境：piRNA如何能夠由它們沉默的基因組區域產生？

在一項新的研究中，Brennecke實驗室不僅解決了這個謎團，而且也描述了一種全新的基因表達機制。相關研究結果于2017年8月23日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“A heterochromatin-dependent transcription machinery drives piRNA expression”。

Moonshiner蛋白：總有出路

這種新發現的通路圍繞著一種被稱作Moonshiner的蛋白。Moonshiner蛋白是一種基礎轉錄因子的同源蛋白，與Rhino蛋白相互作用。Rhino是一種結合到自私基因的異染色質上的蛋白。Rhino蛋白將Moonshiner蛋白招募到這種異染色質區域，隨后Moonshiner蛋白啟動催化轉錄的RNA聚合酶II-前起始復合物（RNA polymerase II pre-initiation complex）組裝。因此，在原本沉默的基因組區域中的基因表達是通過一種嵌入在組蛋白標記而不是在DNA序列中的不同代碼進行激活的。這些發現表明piRNA轉錄違背了經典的基因激活規則，涉及將標準的基因激活與基因沉默組合在一起。

論文第一作者、IMBA博士后研究員Peter Andersen解釋道，“這種在piRNA簇集區（產生piRNA的地方）中有活性的通路將兩種不同的系統---基因激活和基因沉默---結合在一起而非常熟練地編輯相關的基因復合體。”

因此，這種Moonshiner通路揭示出細胞如何能夠利用異染色質進行轉錄。Brennecke說，“細胞產生繞過常規通路的策略。這些當前的發現不僅對理解有用的基因和自私基因之間的軍備競賽是至關重要的，而且它們也促進以一種整體的方式理解基因表達，其中這種軍備競賽影響著而且仍然促進進化過程。”

文章來源

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