《Science》：基因組衛士piRNA如何發揮作用？

piRNA（Piwi-interacting RNA）被稱為基因組的衛士，它與特定蛋白相互作用形成分子防禦系統，來捍衛基因組的穩定性。那麼，piRNA究竟如何區分外源和內源的基因序列呢？芝加哥大學的研究人員近日找到答案並發表在《Science》雜誌上。

piRNA是一類長度約為26-31 nt的單鏈RNA分子，發現於2006年。在動物生殖系統中，它與Piwi蛋白一起沉默轉座子，保護基因組的穩定性，被人們稱作基因組的免疫系統。與免疫系統相似，piRNA系統能夠區分敵我，啟動應答，並適應新的入侵者。

為了弄清楚piRNA是如何做到這一點的，研究人員此次探究了線蟲（C. elegans）生殖細胞所產生的piRNA。他們還想知道線蟲為何有如此大量的piRNA（超過15,000個）以及它們的功能是什麼。

之前的研究發現，Piwi招募一組比較小的RNA，它們與目標序列相對應。於是，研究人員創建了一個合成的piRNA，其序列不存在於線蟲中。他們發現piRNA需要與部分序列接近完全匹配，但可以容忍其餘部分的一些錯配。他們還發現，大量的未成對的Piwi賦予了靈活性，使其有望靶向眾多的外源基因。

接下來，研究人員想鑒定piRNA如何避免假陽性。他們創建了識別線蟲基因的piRNA。然而，這組piRNA並沒有沉默或影響內源基因的功能，表明基因有「抵抗力」。原來，內源基因有額外的重複區域（富含A和T），以此作為「自己人」的暗號。

這項研究解釋了動物如何維持生育能力。之前的研究表明，如果Piwi蛋白髮生突變，則piRNA系統就無法檢測將外源DNA元件注入生殖細胞系的病毒或轉座子。這種改變將影響生育能力，最終導致物種滅絕。

同時，它還解決了一個困擾線蟲研究人員多年的問題。當研究人員研究特定基因時，他們通常會加上一個標籤，讓蛋白表達時發出熒光。雖然這在許多細胞中起作用，但piRNA系統會阻斷生殖細胞中這些蛋白質的生成。如今，他們能夠通過小小改動，讓piRNA不再起作用，但基因仍然能發揮功能。

這篇文章的通訊作用、芝加哥大學分子遺傳學和細胞生物學的助理教授Heng-Chi Lee表示：「當我第一次在會議上介紹這個時，下台後有30多名科學家圍著我請求幫助，現在他們可以利用我們的演算法來研究他們感興趣的目標。」

原文標題

The piRNA targeting rules and the resistance to piRNA silencing in endogenous genes

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