文献 | 一种由PIWI蛋白启动和指导的生物发生机制解释了大多数动物产生的pRNA

原标题：文献 | 一种由PIWI蛋白启动和指导的生物发生机制解释了大多数动物产生的pRNA

论文：A Single Mechanism of Biogenesis, Initiated and Directed by PIWI Proteins, Explains piRNA Production in Most Animals（一种由PIWI蛋白启动和指导的生物发生机制解释了大多数动物产生的pRNA）

在动物中，pRNAs引导PIWI-蛋白质沉默转座子并调节基因表达.在不同的细胞类型、组织和动物中，pRNAs的形成机制被认为是不同的。相反，我们的数据提出了一种解释大多数动物产生pRNA的单一模型。

PIRNA通过引导PIWI蛋白对前体转录产物进行切片来启动pRNA的产生。接着，PIWI蛋白引导前体转录子的分步断裂，产生阶段性前pRNAs的尾对头串。

我们的分析在包括人类在内的进化范围广泛的动物身上发现了这种pRNA生物发生策略的证据。因此，PIWI蛋白通过同样的机制启动和维持pRNA的生物发生，这些物种的最后一个共同祖先早于大多数动物血统的分支。

统一的模型将PIWI-clade Argonautes置于piRNA生物学的中心，并建议这种祖先的动物--Urmetzoan--使用PIWI蛋白来产生piRNA引导和执行piRNA功能。

在敌百虫中果蝇蜜饯阿斯特还有哺乳动物[医]肌肉，初级piRNA生物合成途径产生阶段性的piRNAs尾对头串，并进一步剪裁3‘-to-5’，以获得成熟的初级piRNAs。

我们询问这种制造piRNAs的策略是否是保守的，我们分析了33种非模式物种的pna序列数据，这些物种跨越了大约9.5亿年的进化过程。

在小鼠和苍蝇中，基因突变或RNAi缺失PAPI/Tdrkh, 薄饼，或修边器/Pnldc 1阻止pirna成熟，允许检测未修剪的前piRNAs的尾对头串，这是阶段性的初级pirna通路的标志。

对于非模型物种来说，这种丧失功能的策略通常是不可用的。然而，由于未修剪的前piRNAs和修剪过的成熟piRNAs的长度相似，因此在某些种类(如蝇类)中，可以在成熟的piRNAs中检测到阶段性。

我们的研究发现，阶段性的原发性piRNA产生是piRNA生物发生的一个非常保守的特征，这一发现促使我们重新审视了在出生后的小鼠睾丸中如何制造粗线型piRNAs。

目前的生后雄性小鼠生殖细胞pRNA生物发生模型认为成熟的piRNA长度异质性反映了pnldc 1介导的对Mili和miWI结合的前piRNAs的不同程度的微调。

该模型预测：(1)如果没有3‘-到-5’的剪裁酶PNLDC 1，pRNA应被更长的、未修剪的前piRNA所取代，(2)与Mili或MIWI结合的未修剪的前piRNAs应具有相似的长度分布。

为了测试这些预测，我们生成了Pnldc 1−/−突变小鼠和序列小RNA从荧光激活细胞分类(FACS)纯化的生后精原细胞，初级精母细胞，次级精母细胞和圆形精子细胞。

与以前使用整个睾丸的研究一致纯化的细胞类型均含有25~40 nt小RNA，而非成熟的25~31 nt pRNAs的正常补体。我们注意到Pnldc 1−/−小RNA短于从最常见的5‘-5’距离估计的前pRNA长度(28~50 nt)。

尽管如此，我们的分析表明，Pnldc 1−/−小RNA是真正的前piRNA。首先，3‘到5’距离的概率Pnldc 1−/−小RNA在0时达到峰值，这与产生尾对头的前pRNAs的距离。

第二，基因组核苷酸立即3‘到Pnldc 1−/−小RNA通常是尿苷，与初级pRNAs的5‘U偏差一致和前pRNAs的产生，尾对头。

接下来，我们根据Piwi和Aub结合的pRNA最丰富的3‘端之间的距离，将Piwi和Aub结合的piRNA分组。当Piwi和Aub结合的pna群中最常见的3‘端完全相同时，它们就位于一个含尿苷的基因组邻里的单个尿苷之前。

相反，当有两个尿苷峰时，Aub结合的piRNA基的最频繁的3‘端位于上游峰之前，而Piwi结合的pirna基的最频繁的3’端位于下游峰之前。将分析局限于细菌特异性转座子产生的pRNAs产生了基本相同的结果。

总体上，该模型解释了(1)PIWI-蛋白质切片启动者和(2)PIWI-蛋白质结合如何控制阶段性前pIRNAs的产生。

所产生的阶段性前pRNAs仍然与PIWI蛋白结合，然后根据它们的特征长度和2‘-O-甲基化，产生成熟的、功能性的pIRNA，以引导PIWI蛋白。与Nishida等人最近发表的作品的结论相反。

我们的分析显示，在进化范围广泛的动物中，包括鳞翅目动物中存在着阶段性的前pRNAs。我们的数据也反对只有转录沉默机制依赖于阶段性的前pna生成的观点。

首先，两种细胞质PIWI蛋白在生后小鼠睾丸中结合了阶段性的pIRNAs.其次，在我们所检测的动物中，在仅有两个PIWI基因的21只动物中，有11只检测到了阶段性的piRNA。

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