“這項(xiàng)研究的獨(dú)特之處在于——之前，我們知道RNAi能用于調(diào)控基因，或者完全關(guān)閉基因。而這項(xiàng)研究中，我們發(fā)現(xiàn)的是一種通過piRNA途徑，保護(hù)基因不被沉默的RNAi機(jī)制，這種機(jī)制能作為一種保護(hù)形式，讓基因得以表達(dá)。”

                            ——Darryl Conte Jr.博士

生物機(jī)體采用了多種戰(zhàn)略方法來識(shí)別，阻擊外來入侵DNA片段，像是病毒中帶有DNA片段。比如許多病毒都會(huì)在其生命周期中生成雙鏈RNA，而RNA干擾（RNAi）機(jī)制被認(rèn)為是識(shí)別這種結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)沉默應(yīng)答的方法之一。

來自麻省醫(yī)學(xué)院的研究人員近期發(fā)現(xiàn)了一種與RNAi相關(guān)，能偵查到入侵者的新機(jī)制，這種機(jī)制與之前通過識(shí)別dsRNA，或者一些外來序列其他異常特征的方法不同，新方法是通過將外來序列和之前表達(dá)的RNA記憶進(jìn)行比較，一旦識(shí)別出差異來，一種稱為外來DNA片段的“表觀記憶”就會(huì)產(chǎn)生，并且一代傳給一代，永久沉默這一基因。

這種與RNAi相關(guān)的現(xiàn)象被稱為RNAe（RNA誘導(dǎo)表觀沉默，RNA-induced epigenetic silencing），其一個(gè)顯著特點(diǎn)就是動(dòng)物體攜帶有之前基因表達(dá)的記憶。這種活性基因的記憶可以作為一種“反沉默（anti-silencing）”信號(hào)，保護(hù)機(jī)體本身產(chǎn)生的基因不受到RNAe的影響，在某些情況下，將外來基因作為自身基因。

這些發(fā)現(xiàn)將公布在7月6日的Cell雜志上，有助于研究人員了解具有相同DNA序列的相同生物，為什么會(huì)發(fā)生相反的基因表達(dá)表示，產(chǎn)生極大差異的表型。

“如果說一個(gè)線蟲會(huì)由于帶有這種由上一代遺留下來的基因記憶，調(diào)整了其基因表達(dá)，那么也許其它生物（包括人在內(nèi)）也具有相同的作用。如果是這樣的話，這種機(jī)制就會(huì)對(duì)進(jìn)化產(chǎn)生巨大的影響”，霍德華休斯醫(yī)學(xué)院Craig C. Mello研究員說，“RNAe機(jī)制加速遺傳表型變異（無需DNA突變），從而加速了進(jìn)化的步伐。越來越多的證據(jù)表明許多生物能追蹤基因表達(dá)模式，表觀應(yīng)答。我們的發(fā)現(xiàn)將這一基因表達(dá)程序識(shí)別和記憶過程提高到了一個(gè)全新的更加復(fù)雜的水平?！?/SPAN>

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)編碼綠色熒光蛋白GFP的外來DNA片段，插入到一種線蟲體內(nèi)的時(shí)候，有些線蟲就會(huì)沉默這些新入侵的DNA，而有些線蟲則會(huì)表達(dá)GFP基因。之后研究人員深入分析了RNAi在決策沉默還是表達(dá)GFP方面的作用，在RNAi相關(guān)現(xiàn)象中，一種蛋白：Argonaute會(huì)與小分子RNAs相互作用，利用它們作為識(shí)別靶標(biāo)核苷酸的遺傳標(biāo)記。

根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，研究人員提出一個(gè)包含有三個(gè)獨(dú)立Argonaute系統(tǒng)的模型，這些系統(tǒng)能共同掃描，識(shí)別和沉默外來DNA，同時(shí)保護(hù)正?；虻谋磉_(dá)。其中一個(gè)能結(jié)合在piRNA上的Argonaute蛋白——PRG-1 (Piwi)負(fù)責(zé)掃描離開細(xì)胞核的RNA分子，分析這些分子是屬于機(jī)體本身，還是外來入侵。如果PRG-1和其piRNAs輔因子識(shí)別出一個(gè)外來序列，那么就會(huì)啟動(dòng)，或者說激活第二個(gè)Argonaute系統(tǒng)，就是WAGO系統(tǒng)，導(dǎo)致這一遺傳物質(zhì)被關(guān)閉，不會(huì)被表達(dá)。

一旦DNA片段被識(shí)別出是外來序列，并被沉默，那么一個(gè)表觀記憶就形成了，這個(gè)外來基因就會(huì)被一代又一代的沉默。雖然這種記憶遺傳機(jī)制還需要進(jìn)一步的探索，但是研究人員認(rèn)為，幾代線蟲的研究表明這一外來基因無法表達(dá)，即使是相應(yīng)的piRNA不存在的時(shí)候也是。

“這似乎說明了piRNAs的功能是啟動(dòng)掃描，識(shí)別外來核苷酸”，文章作者之一，分子醫(yī)學(xué)助理教授Darryl Conte Jr.博士說，“因?yàn)檫B續(xù)傳代中外來DNA被沉默了，所以即使沒有piRNA的線蟲，沉默的信號(hào)也通過表觀遺傳傳遞了下來，不再需要之前的piRNA復(fù)合物的掃描了。”

piRNA來自基因組聚集區(qū)域，是種類多樣，豐富的小分子非編碼RNA，在哺乳動(dòng)物中更是有百萬種。在大多數(shù)線蟲中piRNAs，以及哺乳動(dòng)物中的許多piRNAs都缺失明顯的互補(bǔ)靶標(biāo)，功能并不清楚。有可能piRNAs的作用是一種遺傳保護(hù)體系，利用不完全配對(duì)的堿基對(duì)，幫助識(shí)別外來核苷酸，Conte博士說。

那么阻止piRNAs識(shí)別和永久沉默線蟲本身基因的機(jī)制又是什么呢？值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)這種“自我”轉(zhuǎn)錄本有時(shí)會(huì)受到保護(hù)，無法進(jìn)入WAGO系統(tǒng)，一些活性基因?qū)嶋H上確實(shí)能打開沉默基因。由于自我轉(zhuǎn)錄是與第三種Argonaute系統(tǒng)——CSR-1聯(lián)系在一起的，因此研究人員認(rèn)為，CSR-1也許提供了一種反沉默，或者保護(hù)功能，這能幫助線蟲識(shí)別自己的基因，進(jìn)行表達(dá)。

“這是這些研究中真正獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)之一”，Conte博士說，“之前，我們知道RNAi過程能用于調(diào)控基因，或者完全關(guān)閉基因。而這項(xiàng)研究中，我們發(fā)現(xiàn)的是一種通過piRNA途徑，保護(hù)基因不被沉默的RNAi機(jī)制，這種機(jī)制能作為一種保護(hù)形式，讓基因得以表達(dá)?！?/SPAN>

“總而言之，這些研究提出了一種小分子RNA系統(tǒng)在表觀遺傳過程中，令人驚訝的復(fù)雜作用”，Mellon教授說，“這表明了piRNAs能不斷掃描生殖細(xì)胞中的所有表達(dá)的基因，不斷的將每個(gè)序列，與之前基因表達(dá)記憶進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)找到外來基因的時(shí)候，這個(gè)新型表觀遺傳信息就會(huì)被傳遞給下一代。反過來說，如果偶然有新基因被隨機(jī)表達(dá)，那么這個(gè)活性狀態(tài)也會(huì)被作為一種穩(wěn)定的表觀遺傳記憶，被傳遞給下一代，因此機(jī)體就能有效的將外來基因融入自身基因了。”