Cell雜志近期接連公布了三篇關(guān)于一種小分子RNA：piRNAs對(duì)表觀遺傳記憶影響的重要研究論文，這些文章分別由劍橋大學(xué)，麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院等處完成，這些研究成果對(duì)于理解多代表觀遺傳機(jī)制具有重要意義。

生物體的生殖系細(xì)胞擔(dān)負(fù)著遺傳信息的世代傳遞，其基因組的完整性對(duì)于個(gè)體和物種維持都至關(guān)重要。而基因組中大量存在的轉(zhuǎn)座子等DNA移動(dòng)元件則有可能引發(fā)基因組突變。

科學(xué)家們?cè)谘芯恐凶C實(shí)，生物體通常會(huì)利用一些小RNA分子引導(dǎo)蛋白質(zhì)去沉默基因組中的轉(zhuǎn)座子。這些信號(hào)通路普遍存在于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中，并在物種間以保守的機(jī)制發(fā)揮作用，其中包括識(shí)別外源遺傳元件，激活沉默反應(yīng)，維持活性轉(zhuǎn)座子事件“記憶”等。而與這些Piwi蛋白相關(guān)的小RNA（稱作pi RNAs）在這些過程中發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。

piRNAs與多代表觀遺傳

跨代效應(yīng)具有廣泛而又重要的的影響，不僅在人類健康，還有生物適應(yīng)性和進(jìn)化方面也扮演了重要角色。但是這些跨代效應(yīng)的機(jī)制，以及生物學(xué)原理至今科學(xué)家們了解的還并不多。

在這篇“piRNAs Can Trigger a Multigenerational Epigenetic Memory in the Germline of C. elegans”文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種生殖細(xì)胞核小分子RNA/染色質(zhì)途徑，這一途徑在一種依賴于piRNA的外來RNA應(yīng)答作用的誘導(dǎo)下，能維持許多代穩(wěn)定的遺傳性。

研究人員又進(jìn)一步通過遺傳篩選，以及候選方法，發(fā)現(xiàn)了一組對(duì)于環(huán)境RNAi和piRNA途徑多代遺傳具有關(guān)鍵意義的細(xì)胞核RNAi，以及染色質(zhì)因子，這些元件中包含有生殖細(xì)胞特異性細(xì)胞核Argonaute HRDE1/WAGO-9, 一個(gè)HP1同源異構(gòu)體HPL-2，以及兩個(gè)假定的知道不甲基化轉(zhuǎn)移酶，SET-25和SET-32。

研究證明，piRNAs能誘導(dǎo)高穩(wěn)定至少長(zhǎng)達(dá)20代的長(zhǎng)時(shí)間基因沉默，而且一旦沉默發(fā)生，那么這種長(zhǎng)時(shí)程記憶就可以脫離piRNA的啟動(dòng)，無需再要piRNA的誘導(dǎo)，而依賴于細(xì)胞核RNAi/染色質(zhì)途徑了。這些研究數(shù)據(jù)提出了一種由piRNAs誘導(dǎo)的多代表觀遺傳新機(jī)制。

piRNAs介導(dǎo)生殖細(xì)胞轉(zhuǎn)錄全基因組監(jiān)控

在另外一篇題為“C. elegans piRNAs Mediate the Genome-wide Surveillance of Germline Transcripts”的文章中，研究人員提出了一種解析piRNAs靶向能力模型的新證據(jù)。

Piwi Argonautes和Piwi-interacting RNAs (piRNAs) 能通過靶向轉(zhuǎn)座子，介導(dǎo)基因組防御。但是許多piRNAs并沒有顯而易見的能與轉(zhuǎn)座子或者其它位點(diǎn)結(jié)合的序列，目前還只有一個(gè)作為piRNA靶標(biāo)的線蟲轉(zhuǎn)座子被發(fā)現(xiàn)。

這項(xiàng)研究指出，對(duì)于Piwi Argonaute PRG-1缺陷型個(gè)體——會(huì)引發(fā)piRNAs/21U-RNAs的缺乏，生殖細(xì)胞中的許多沉默位點(diǎn)都會(huì)表現(xiàn)出，mRNA表達(dá)水平的增加，同時(shí)RNA依賴性RNA聚合酶（RdRP）來源的第二小RNAs，即22G-RNAs也會(huì)被耗盡。

研究人員還發(fā)現(xiàn)PRG-1誘導(dǎo)啟動(dòng)，能沉默包含內(nèi)源性21U-RNAs互補(bǔ)轉(zhuǎn)基因，這些研究數(shù)據(jù)支持一種模型——認(rèn)為線蟲piRNAs能利用其有效的靶向能力，掃描生殖細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本，篩查外來序列，而內(nèi)源性生殖表達(dá)的基因則被piRNA誘導(dǎo)沉默保護(hù)了。

這對(duì)于區(qū)分“自我”和“非我”核苷酸具有重要意義。