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小RNA领域牛人Science发表重要研究成果

2015.5.19

　　来自奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的研究人员，揭示出了细胞利用来生成一类生殖细胞特异性的小分子调控RNAs——piRNAs的分子机制。他们的研究结果发表在5月15日的《科学》（Science）杂志上。

　　领导这一研究的是IMBA的分子生物学家Julius Brennecke，这位学者师出名门（师从Gregory J. Hannon ），在RNAs研究道路上一路领先，曾发现多种新型小RNA分子，开拓了小RNA研究领域，并指出小RNA分子的类型比我们最初猜想的更多。同时，人们已知的每一类小RNA起作用的方式也比此前认为的要更多。

　　Brennecke实验室长期从事piRNA信号通路研究。在动物的生殖细胞中，诸如转座子这样的基因组寄生物会对进化适应性（evolutionary fitness）造成严重的威胁。由于它们能够跳跃于基因组中，往往会造成危险的突变。为了保护基因组的完整性，动物进化出了基于小分子RNA的复杂沉默机制，即所谓的piRNA信号通路来沉默这些有害的转座子。尽管这一piRNA信号通路保守地存在于从海绵到人类的生物之中；当前对于它的潜在分子机制却仍知之甚少。

　　由Brennecke实验室博士后Fabio Mohn领导的一项近期研究，鉴别出了piRNA前体（precursor）转录的一个主要调控因子：Rhino-Deadlock-Cutoff蛋白质复合物。在从事这一研究项目的过程中，Fabio获得了一个独特的观察发现：当细胞耗尽Rhino时，转座子衍生的piRNAs瓦解，衍生自细胞mRNAs的piRNAs增多。

　　论文的共同第一作者、博士生Dominik Handler决定进一步调查这些mRNA衍生的piRNAs，并展开了首个全基因组分析。由此，他认识到绘制出这些RNAs在基因组中独特位点上的定位，有可能可以检测出一些有趣的模式。Dominik、Fabio和Julius着手系统地揭示了在果蝇卵巢中piRNAs的生成机制。

　　Dominik Handler说：“这非常有趣，我们每个人负责分析一个不同的数据集，但我们几乎每天最终都会围坐在一起，讨论并比较彼此的结果。“

　　在从事这一项目的过程中，Fabio和Dominik测序了近10亿的小分子RNA。像很多其他的学生和博士后一样，他们很快面对着一个挑战：需要学习编程才能分析他们的数据。由此这一项目成为了Dominik学习编程和生物信息学技术的一个引动力。

　　Dominik Handler说：“我在大学学习过一门课程，而在从事这一研究项目过程中我基本上学会了生物信息学。学习的方法就是动手去做！一开始你可以从更有经验的同事那里寻求一些脚本，随后你可以自己尝试去做！”

　　在这篇Science文章中，他们报告称构想出了piRNA生物合成的一种模式：piRNA引导的RNA断裂迫使生成了一个乒乓（ping-pong）伴侣piRNA，并且也触动了剩余的靶RNA上3'定向和分阶段的piRNA生物合成。piRNA生物合成逐步实施是由于锚定在线粒体外膜中的一种核酸内切酶Zucchini作用的结果。这篇论文还整合了以往该领域无法解释的一些观察发现，证实了在小鼠精子发生过程中出现了一个非常相似的生物合成过程。

分子研究

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周锦帆