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Cell Research:小鼠睾丸中MIWI/piRNA介导了mRNA的剪切

摘要 : 最新一期的国际学术期刊《Cell Research》在线发表了由中科院动物所和中科院生化细胞所共同完成的在小鼠生精细胞发生中MIWI/piRNA的功能机制的研究论文,报道了在小鼠睾丸中piRNA发挥着类似siRNA的功能,可以指导MIWI对于mRNA的剪切,保证小鼠配子的正常生成。
Cell Research:小鼠睾丸中MIWI/piRNA介导了mRNA的剪切 来自中科院、武汉大学多个研究机构的研究人员证实,在小鼠睾丸中MIWI和pirna介导切割了一些信使RNAs(mRNAs),这一研究结果发布在1月13日的《细胞研究》(Cell Research)杂志上。 中科院动物研究所的何顺民(Shunmin He)研究员、中科院上海生命科学学院的刘默芳(Mo-Fang Liu)研究员,以及武汉大学的付向东(Xiang-Dong Fu)教授是这篇论文的共同通讯作者。 生殖系细胞担负着遗传信息的世代传递,其基因组的完整性对个体和物种维持都至关重要。真核生物基因组中存在不少自私的DNA链——大量外来入侵的转座子、逆转座子等移动型遗传元件(如转座子、逆转座子及其化石序列就分别占了人和小鼠基因组的46%和39%)。这些自私型遗传元件能够在染色体的不同位点间跳跃,导致基因组不稳定,甚至引发癌症,在生殖细胞系中,转座子的跳跃则可能导致不育。 piRNA(PIWI-interacting RNA)是继miRNA之后在2006年发现的一类新型小分子非编码rna,其大小在24-32个核苷酸之间,特异性地在动物生殖细胞中表达,对于维持生殖系DNA完整、抑制转座子转录、抑制翻译、参与异染色质的形成、执行表观遗传调控和生殖细胞发生等起重要作用(延伸阅读:陈大华研究组JCB解析piRNAs发生机制 )。 大量的研究证实生殖细胞特异性表达的PIWI家族蛋白是piRNA作用途径的中心,为piRNA生物生成及功能所必需。小鼠PIWI家族包括MILI、MIWI和MIWI2三个成员,在雄性生殖细胞的分化过程中它们受到时间和空间上的调控,其对于小鼠精子发生至关重要。 越来越多的证据表明,piRNAs发挥至关重要的作用介导了表观遗传及转录后沉默转座子。近期的一些研究发现,果蝇中的piRNAs能够借助一种不完美的碱基配对原则,通过miRNA样的机制引导切割转座子源性转录物。由于许多的piRNAs似乎都具有靶向各种mRNAs的能力,研究人员由此提出了一种有趣的可能性:piRNAs有可能像sirnas一样广泛发挥作用降解了特异的mRNAs。 在这篇文章中,研究人员报告称他们在一些特异的mRNAs上鉴别出了大约200个潜在的piRNA靶点,这表明piRNA在小鼠的雄性生殖细胞中介导了这些mRNAs的切割。在这一初期的研究发现之后,他们对小鼠圆精细胞(round spermatids,RS)进行了交联免疫沉淀结合深度测序(crosslinking immunoprecipitation coupled with deep sequencing,CLIP-seq),证实大约43%鉴别的piRNA靶位点与MIWI发生了物理结合。随后,他们采用报告基因实验证实MIWI/piRNA介导了对靶mRNAs的抑制,并且 MIWI的剪切活性以及负载piRNA的能力对于piRNA介导的靶向抑制至关重要。重要的是,研究人员证实在精细胞中异位表达抵抗piRNA的靶基因可以阻止精子形成,表明某些piRNA靶标的适当周转(turnover)对正常的精子形成至关重要。 这些研究结果揭示出了一个粗线期piRNA介导的mRNA切割程序,其是小鼠雄性精细胞发育及程序的必要条件。 原文链接:MIWI and piRNA-mediated cleavage of messenger RNAs in mouse testes The piRNA machinery is known for its role in mediating epigenetic silencing of transposons. Recent studies suggest that this function also involves piRNA-guided cleavage of transposon-derived transcripts. As many piRNAs also appear to have the capacity to target diverse mRNAs, this raises the intriguing possibility that piRNAs may act extensively as siRNAs to degrade specific mRNAs. To directly test this hypothesis, we comparedmouse PIWI (MIWI)-associated piRNAs with experimentally identified cleaved mRNA fragments from mouse testes, and observed cleavage sites that predominantly occur at position 10 from the 5' end of putative targeting piRNAs. We also noted strong biases for U and A residues at nucleotide positions 1 and 10, respectively, in both piRNAs and mRNA fragments, features that resemble the pattern of piRNA amplification by the 'ping-pong' cycle. Through mapping of MIWI-RNA interactions by CLIP-seq and gene expression profiling, we found that many potential piRNA-targeted mRNAs directly interact with MIWI and show elevated expression levels in the testes of Miwi catalytic mutant mice. Reporter-based assays further revealed the importance of base pairing between piRNAs and mRNA targets and the requirement for both the slicer activity and piRNA-loading ability of MIWIin piRNA-mediated target repression. Importantly, we demonstrated that proper turnover of certain key piRNA targets is essential for sperm formation. Together, these findings reveal the siRNA-like function of the piRNA machinery in mouse testes and its central requirement for male germ cell development and maturation.Cell Research advance online publication 13 January 2015; doi:10.1038/cr.2015.4. 作者:Zhang P 点击:
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