PIWI相互作用的RNA，簡(jiǎn)稱piRNAs，是一類小型的調(diào)控RNAs ——長(zhǎng)度只有22–30個(gè)核苷酸的小塊核酸。它們可能很小，但是與它們相關(guān)的Argonaute蛋白一起，piRNAs就能夠“沉默”轉(zhuǎn)座因子，所謂的自私基因，存在于植物、真菌和動(dòng)物的基因組中。piRNA介導(dǎo)的沉默可以作用于染色質(zhì)，以阻斷轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄，或通過(guò)破壞轉(zhuǎn)座子mRNAs以阻止其翻譯成蛋白質(zhì)。

雖然科學(xué)家們很清楚piRNAs是如何抑制基因表達(dá)的，但是直到現(xiàn)在，對(duì)于piRNAs究竟是如何制造出來(lái)的，一直都不太明確。11月16日在《Nature》雜志發(fā)表的一篇里程碑式的論文中，來(lái)自?shī)W地利分子生物技術(shù)研究所（IMBA）的科學(xué)家，細(xì)致地描述了生成具有明確長(zhǎng)度和序列的piRNAs的一系列事件，這是確定沉默系統(tǒng)的靶標(biāo)范圍的一個(gè)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(shuō)：“我們已經(jīng)知道，piRNA是由較長(zhǎng)的RNA物種形成的，這些RNA被Argonaute蛋白或一個(gè)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(jìn)Argonaute蛋白，隨后經(jīng)過(guò)修改，產(chǎn)生成熟的piRNAs。因?yàn)槲覀儗?duì)piRNA的5’端的形成有很好的了解，所以我們研究團(tuán)隊(duì)集中在其3’端，這個(gè)過(guò)程近十年來(lái)都沒(méi)有得以闡明。”

使用常見(jiàn)的果蠅（Drosophila melanogaster），一種主要的遺傳學(xué)模式生物，IMBA的科學(xué)家Rippei Hayashi和Jakob Schnabl（他們都是文章的第一作者）表明，其實(shí)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(kāi)始發(fā)生，一些piRNA的3’端實(shí)際上是由Zucchini產(chǎn)生的，已知這是主要生成piRNA的5’端的核酸內(nèi)切酶。但Zucchini只解釋了一小部分piRNAs的生物合成。然后我們發(fā)現(xiàn)，核酸外切酶Nibbler是第二個(gè)關(guān)鍵酶，它可以形成piRNA的3’端，并且我們意識(shí)到，有兩條遺傳上分離的路徑并行地在細(xì)胞內(nèi)起作用。這真的有似曾相識(shí)的感覺(jué)，因?yàn)樵谖也┦亢笱芯科陂g，我們還發(fā)現(xiàn)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(kāi)這些途徑、它們的作用地點(diǎn)、它們對(duì)下游基因調(diào)控機(jī)制的影響之外，該研究小組也發(fā)現(xiàn)了一些有趣的結(jié)果，可能對(duì)“小RNA生物合成的進(jìn)化”提供線索。Julius Brennecke總結(jié)說(shuō)：“我們?cè)谶@項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的核酸酶，在從海綿到人類的各種動(dòng)物中有同系物。有趣的是，一些顯著的例外是顯而易見(jiàn)的。例如，線蟲已經(jīng)失去了Zucchini酶，來(lái)自按蚊屬的蚊子失去了Nibbler。這里是否存在其他的piRNA調(diào)控機(jī)制？在這些物種中的雙通路模型是否減少到了一個(gè)？還是不清楚的。值得注意的是，同時(shí)消融Drosophila中的Zucchini和Nibbler，piRNAs仍然是可以產(chǎn)生的，在這種情況下，是由緊密排列的piRNA引導(dǎo)Argonaute蛋白裂解事件產(chǎn)生的。這種Argonaute僅有的通路，可能是古代的piRNA生成系統(tǒng)，后來(lái)又增加了像Zucchini和Nibbler這樣復(fù)雜的核酸酶，來(lái)提高piRNA生物合成的效率和準(zhǔn)確性。”