Nature：小RNA生物學裡程碑成果 解開piRNA生物合成謎題

PIWI相互作用的RNA，簡稱piRNAs，是一類小型的調控RNAs ——長度只有22–30個核苷酸的小塊核酸。它們可能很小，但是與它們相關的Argonaute蛋白一起，piRNAs就能夠「沉默」轉座因子，所謂的自私基因，存在於植物、真菌和動物的基因機制。

雖然科學家們很清楚piRNAs是如何抑制基因表達的，但是直到現在，對於piRNAs究竟是如何製造出來的，一直都不太明確。11月16日在《Nature》雜誌發表的一篇里程碑式的論文中，來自奧地利分子生物技術研究所（IMBA）的科學家，細緻地描述了生成具有明確長度和序列的piRNAs的一系列事件，這是確定沉默系統的靶標範圍的一個重要要求。

piRNA生物合成的謎題得以解釋

該論文的共同資深作者Julius Brennecke解釋說：「我們已經知道，piRNA是由較長的RNA物種形成的，這些RNA被 Argonaute蛋白或一個稱為Zucchini的蛋白切成小塊。這形成了所謂的前體piRNA的5』端，被裝進Argonaute蛋白， 隨後經過修改，產生成熟的piRNAs。因為我們對piRNA的5』端的形成有很好的了解，所以我們研究團隊集中在其 3』端，這個過程近十年來都沒有得以闡明。」

使用常見的果蠅（Drosophila melanogaster），一種主要的遺傳學模式生物，IMBA的科學家Rippei Hayashi和 Jakob Schnabl（他們都是文章的第一作者）表明，其實piRNA的3』末端的形成，遵循兩條平行路徑中的其中一 條。

本文共同資深作者Stefan Ameres指出：「一旦生物合成開始發生，一些piRNA的3』端實際上是由Zucchini產生 的，已知這是主要生成piRNA的5』端的核酸內切酶。但Zucchini只解釋了一小部分piRNAs的生物合成。然後我們發 現，核酸外切酶Nibbler是第二個關鍵酶，它可以形成piRNA的3』端，並且我們意識到，有兩條遺傳上分離的路徑 並行地在細胞內起作用。這真的有似曾相識的感覺，因為在我博士後研究期間，我們還發現Nibbler可生成一些 microRNA，另一類小RNA分子。」

兩條一致的平行路徑

除了解開這些途徑、它們的作用地點、它們對下游基因調控機制的影響之外，該研究小組也發現了一些有趣的結 果，可能對「小RNA生物合成的進化」提供線索。Julius Brennecke總結說：「我們在這項研究中發現的核酸酶， 在從海綿到人類的各種動物中有同系物。有趣的是，一些顯著的例外是顯而易見的。例如，線蟲已經失去了 Zucchini酶，來自按蚊屬的蚊子失去了Nibbler。這裡是否存在其他的piRNA調控機制？在這些物種中的雙通路模型 是否減少到了一個？還是不清楚的。值得注意的是，同時消融Drosophila中的Zucchini和Nibbler，piRNAs仍然是可以產生的，在這種情況下，是由緊密排列的piRNA引導Argonaute蛋白裂解事件產生的。這種Argonaute僅有的通 路，可能是古代的piRNA生成系統，後來又增加了像Zucchini和Nibbler這樣複雜的核酸酶，來提高piRNA生物合成 的效率和準確性。」

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