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Cell:重大突破!鉴定出剪切piRNA前体的核酸酶Trimmer

  1. Papi
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  4. Trimmer
  5. 卵巢细胞
  6. 桑蚕
  7. 生殖细胞
  8. 线粒体
  9. 跳跃基因
  10. 转座子

来源:生物谷 2016-02-29 17:51

研究人员鉴定出一种被称作Trimmer的酶参与阻止生殖细胞基因组中发生不需要的基因重写的piRNA产生。


Papi蛋白(手)正在帮助Trimmer蛋白(兔子)剪切装载在PIWI蛋白(苹果)上的pre-piRNA(苹果皮)的一个末端,这反映着pre-piRNA剪切机制。图片来自2016 Natsuko Izumi & Yukihide Tomari。

2016年2月29日/生物谷BIOON/--生殖细胞中有一类小RNA阻止其基因组发生不需要的基因重写。在一项新的研究中,来自日本东京大学的一个研究小组鉴定出一种被称作Trimmer的酶,该酶参与这类小RNA的产生。相关研究结果发表在2016年2月25日那期Cell期刊上,论文标题为“Identification and Functional Analysis of the Pre-piRNA 3'Trimmer in Silkworms”。

“跳跃基因”或者说转座子是一小段DNA序列,能够在基因组中移动。它们能够破坏宿主基因,而且也参与癌症和其他疾病的产生。因此,有机体需要持续控制它们,特别是在产生精子和卵子的生殖细胞中以便确保后代的基因组完整性。在生殖细胞中,这是通过一类被称作piRNA(PIWI-interacting RNA,与PIWI蛋白相互作用的RNA)的小RNA来实现的。这些piRNA通常长24~30个核苷酸,能够抑制跳跃基因表达。piRNA被认为是通过剪切它们的序列更长的前体(pre-piRNA)的3'末端而形成的。然而,负责这种剪切过程的酶仍然未知。

在这项研究中,东京大学分子与细胞生物科学研究所的Natsuko Izumi助理研究员和Yukihide Tomari教授及其同事们成功地在桑蚕卵巢细胞中将一种之前未曾描述过的核糖核酸酶确定为剪切蛋白Trimmer。他们的数据证实Trimmer不能单独发挥作用:它需要Papi---一种PIWI相关蛋白---的配合来剪切pre-piRNA的3'末端。再者,他们证实剪切这些pre-piRNA的3'末端在piRNA的功能中发挥着重要作用,而且可能是在线粒体的表面上发生的。


这项研究支持的piRNA形成机制示意图。图片来自2016 Natsuko Izumi & Yukihide Tomari。

Tomari说,“我们早在2011年就已在家蚕细胞团块中发现这种剪切活性,而且我们也还知道这种酶存在于这种团块中。但是,由于不能溶于水,鉴定出Trimmer蛋白是非常困难的。事实上,我们曾放弃了多次。”他继续说道,“当注意到这种剪切活性富集在细胞的线粒体中时,我们才开始取得突破。我们然后耐心地寻找让线粒体中的这种剪切活性成分溶解的条件。即便如此,我们仍然再花费了三年时间鉴定出Trimmer蛋白。当了解到Trimmer蛋白与Papi蛋白合作发挥作用时,我们取得第二项突破。通过发现一种与Papi相互作用的而且具有pre-piRNA剪切活性的核酸酶,我们激动人心地发现它就是我们一直在寻找的那种酶。”(生物谷 Bioon.com)

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doi:10.1016/j.cell.2016.01.008

Identification and Functional Analysis of the Pre-piRNA 3′ Trimmer in Silkworms

Natsuko Izumi, Keisuke Shoji, Yuriko Sakaguchi, Shozo Honda, Yohei Kirino, Tsutomu Suzuki, Susumu Katsuma, Yukihide Tomari

PIWI-interacting RNAs (piRNAs) play a crucial role in transposon silencing in animal germ cells. In piRNA biogenesis, single-stranded piRNA intermediates are loaded into PIWI-clade proteins and cleaved by Zucchini/MitoPLD, yielding precursor piRNAs (pre-piRNAs). Pre-piRNAs that are longer than the mature piRNA length are then trimmed at their 3′ ends. Although recent studies implicated the Tudor domain protein Papi/Tdrkh in pre-piRNA trimming, the identity of Trimmer and its relationship with Papi/Tdrkh remain unknown. Here, we identified PNLDC1, an uncharacterized 3′-5′ exonuclease, as Trimmer in silkworms. Trimmer is enriched in the mitochondrial fraction and binds to Papi/Tdrkh. Depletion of Trimmer and Papi/Tdrkh additively inhibits trimming, causing accumulation of ∼35–40-nt pre-piRNAs that are impaired for target cleavage and prone to degradation. Our results highlight the cooperative action of Trimmer and Papi/Tdrkh in piRNA maturation.

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