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piRNA是继microRNA之后发现的一类动物生殖细胞特异性内源的小分子非编码RNA,其大小在24-31核苷酸之间,因为它们特异性地与PIWI(P-element-inducedwimpy testis)家族蛋白相互作用,因此被命名为PIWI-interacfing RNA,简称piRNA。PIWI蛋白是Argonaute家族蛋白的一个亚家族,它们特异性地在动物的生殖系细胞中表达,对于piRNA的生物生成及功能都是必需的。PIWI/piRNA对于动物生殖细胞发育分化及配子形成至关重要,piRNA通路可能是生殖细胞沉默破坏基因组移动遗传元件的一种内源免疫机制。主要以小鼠PIWI(MIWI)和人PIWI(HIWI)蛋白为主要研究对象,发现和鉴定与其相互作用蛋白质因子,补充和完善对piRNA作用途径的认知,并进而揭示其功能机制。在这一过程中,发现小鼠PIWI与组蛋白乙酰基转移酶CBP(CREB结合蛋白)直接相互作用,并且对CBP的组蛋白乙酰基转移酶的活性也有一定程度的影响,尤其抑制组蛋白H3K14这个位点的乙酰化修饰。推测,PIWI/piRNA可能通过与CBP相互作用,在表观遗传水平上调控生殖细胞中的基因表达。此外,有文献报道,人PIWI在癌症中异位表达,可能是一个潜在的癌基因。发现,人PIWI影响CBP底物、抑癌蛋白p53的乙酰化水平,并以此抑制由p53激活的启动子pBAX, pCDKNlA及pIL-5起始的荧光素酶基因的表达。
此外,作者还和实验室同事共同发现了小鼠PIWI(MIWI)和APC/C E3泛素连接酶相互作用,并在piRNA存在下通过APC/C-蛋白酶小体通路被降解。在piRNA被发现后,关于piRNA的研究工作主要集中在高通量测序发现piRNA序列,鉴定PIWI/piRNA机器组成及功能机制方面。虽然目前对PIWI/piRNA机器的生成已有了一些了解,但对该机器中的PIWI蛋白和piRNA等核心成分最终是如何代谢降解还一无所知。已有的证据表明,小鼠的PIWI家族成员(包括MIWI2,MILI和MIWI)与piRNA在精子发生过程中呈时序性表达。在出生后的生殖细胞发育过程中,小鼠PIWI(MIWI)表达与piRNA表达谱极其相似,二者都是在精母细胞和圆形精子细胞中高表达,又同时在小鼠后期精子细胞中剧烈减少并最终在成熟精子中消除。研究结果表明,在后期精子细胞中,piRNA指导小鼠PIWI(MIWI)蛋白泛素化修饰和降解,而作为存在于后期精子细胞中的最后1个PIWI家族成员--MIWI蛋白的降解不仅使piRNA失去了PIWI保护而被释放出来被核酸酶降解,同时还中断依赖于PIWI核酸内切酶活性的piRNA生物生成,最终导致piRNA消失。因此,工作鉴定了一条PIWFpiRNA机器代谢的负反馈环路,揭示了后期精子细胞中PIWI/piRNA共同消除的分子机制。