piRNA起源和功能

       piRNA(Piwi-interacting RNA)是从哺乳动物生殖细胞中分离得到的一类非编码小RNA,这类小RNA可与Piwi(P-element Induced Wimpy Testis)蛋白家族成员相互作用。Piwi蛋白家族包括在果蝇上表达的Piwi、Aubergine和AGO3蛋白,在小鼠上表达的MILI、MIWI和MIWI2蛋白,以及在人上表达的HILI、HIWI1、HIWI2和HIWI3蛋白[1]。虽然piRNA的生物起源和功能还未完全阐明,越来越多的证据表明piRNA对生殖细胞的发育非常关键。

       成熟的piRNA是一类长约26-32nt的单链小RNA分子。在小鼠睾丸内只存在几百种不同的miRNA,而piRNA却至少有5万种[2]。piRNA即使在近缘物种之间保守性也很差,在长度、表达类型和基因结构上则与microRNA截然不同。


piRNA的生物起源

       与siRNA和miRNA的产生机制不同,piRNA并不产生于dsRNA前体。它似乎来自成簇piRNA的初始转录物,随后再形成成熟的piRNA,此过程的详细机制目前尚不清楚。然而从果蝇中的研究发现,与Aub或者Piwi相互结合的piRNA的前十个核苷酸(一般首个核苷酸是尿苷),可以和与Ago3结合的piRNA的前十个核苷酸(一般在10位的是腺苷)互补。由此提出了piRNA形成的“乒乓”模型,即由于piRNA之间序列互补,因此互为引物进行扩增,产生新的piRNA[3]。

 

图1  piRNA生物起源的“乒乓”模型。piRNA之间的序列互补引起piRNA分子的扩增[3]。


piRNA的功能

       在精母细胞发育过程中,不同减数分裂期表达的piRNA不同,由此可将哺乳类piRNA分为前粗线期piRNA和粗线期piRNA。根据序列特征的不同,推测它们可能具有不同的功能[1]。

 

图2  与小鼠体内Piwi蛋白家族成员比如Mili和Miwi相关联的piRNA可以分为具有不同功能的两类[4]。


大量的证据表明,piRNA在精子形成中有不可或缺的作用。

  ?  精子形成: 在精子形成过程中,Mili和Miwi蛋白的完全缺失会导致减数分裂停滞,造成细精管中无精子产生。

  ?  翻译调控:在精子形成所需蛋白的合成过程中,Miwi和piRNA与帽结合复合体联结,调控mRNA的稳定性[5]。

  ?  基因组完整性的保存:Mili和Miwi双敲除小鼠体内逆转录转座子活性增加,表明piRNA可以?;ぞ踊蜃槊馐茏硬迦氲奈:6]。


展望

       距离多个物种piRNA的发现已经过去了八年,但是我们对于新piRNA响应如何起始以及发育过程中piRNA的准确功能仍不清楚,还有许多开放性问题亟须解决。由于piRNA数目庞大,piRNA的鉴定要比miRNA更具挑战性。然而,随着芯片和高通量测序技术的完善,研究人员将能够对piRNA的生物学功能进行全面深入的研究。