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piRNA是一類在動物中十分保守的小非編碼RNA，它在雄性生殖發育，轉座子沉默和基因表達調控等方面起到重要作用【1】，對piRNA生成的研究對於認知piRNA和其生物學功能與調控具有重大的意義。
不同物種中的piRNA生成過程有很多相似的地方，也有很多各自物種特異的性質。piRNA的前體都是在細胞核中從基因組上轉錄出來，再轉運到細胞質中進行多個步驟地加工。在果蠅和小鼠中，存在Piwi同源蛋白介導的piRNA桌球擴增環，而在秀麗隱杆線蟲中不存在這種擴增模式【1】。在秀麗隱杆線蟲中，成熟piRNA長為21nt，且5』端有很強的U偏好性，因此又被稱為21U-RNA。Greg Hannon實驗室前期通過全基因組RNA幹擾篩選的方式找到了一系列參與線蟲piRNA生成的因子，並將其命名為TOFU (Twenty-One-u Fouled Ups)【2】。
2019年6月18日，中國科學技術大學光壽紅教授、許超教授和馮雪竹研究員在Cell Reports上發表研究論文 Functional proteomics identifies a PICS complex required for piRNA maturation and chromosome segregation ，通過TOFU-6的功能基因組學發現了一個參與線蟲piRNA成熟加工過程的piRNA biogenesis and chromosome segregation (PICS) 複合物，研究人員還發現這個複合物會參與到線蟲胚胎細胞分裂的過程。
研究人員首先構建了穩定單拷貝的TOFU-6融合GFP體內表達的轉基因線蟲，TOFU-6在線蟲生殖腺細胞質中表達，並在細胞核周圍的P granule形成聚集點。之後研究人員通過免疫沉澱—質譜的方式找到TOFU-6的相互作用蛋白。為確認這些相互作用在體內存在並發揮功能，研究人員通過RNA幹擾的方式，在其中尋找到能夠影響TOFU-6在P granule定位的蛋白質，PID-1，PICS-1，ERH-2和TOST-1。其中PID-1是已知的參與piRNA生成的因子【3】，其它的基因是首次被發現參與piRNA的生成過程。通過RT-qPCR和高通量測序，發現在TOFU-6，PICS-1和ERH-2缺失之後，成熟piRNA會顯著減少，而piRNA前體會累積，說明它們在piRNA前體加工為成熟piRNA的過程中起到重要作用，而在TOST-1缺失之後，成熟piRNA的量沒有下降，說明TOST-1可能有不同的機制。
通過體內構建PID-1，PICS-1，ERH-2和TOST-1的GFP融合蛋白的穩定單拷貝轉基因，研究人員發現PID-1，PICS-1和ERH-2也在細胞核周圍的P granule形成聚集點，而TOST-1不形成這種聚集點，說明這些參與piRNA生成的蛋白可能在granule處參與piRNA前體的加工。通過這些蛋白之間的GST-pull down實驗（體外）和IP-MS（體內）實驗，證明它們能相互作用，形成複合物並將其命名為PICS複合物。研究人員還發現，這個複合物能與IFE-3相互作用，IFE-3是mRNA 5』cap結合蛋白elF4E的同源蛋白。而線蟲piRNA前體也具有5』cap，說明PICS複合物可能通過IFE-3來結合piRNA前體，並介導piRNA前體5』末端的加工。
最後，研究人員以H2B::GFP作為標記物，發現在PICS複合物中的部分因子缺失之後，線蟲胚胎細胞在分裂中後期染色體分離過程出現異常，說明這個複合物在線蟲胚胎細胞分裂過程起到重要作用。而且在胚胎細胞中，PICS複合物主要表達在細胞質中，而在細胞進入分裂期時，PICS複合物會從細胞質轉移並聚集到細胞核區域，這種轉移是如何發生和進行的尚不清楚。
有意思的是，德國Mainz分子生物學研究所的Rene Ketting教授課題組也在同一時間發現了這個複合物，並在5月30號的Genes & Development發表了相關研究成果PETISCO is a novel protein complex required for 21U RNA biogenesis and embryonic viability.【4】。（PETISCO是葡萄牙的一種美食。）這兩篇文章通過不同的方法，都發現了這一複合物，並且從不同角度闡述了其功能。今年年初光壽紅課題組還與合作者劍橋大學的Eric Miska教授課題組在Genes & Development發表了介導piRNA轉錄過程的USTC複合物的相關研究【5】(詳見BioArt：Gene & Dev丨光壽紅組等揭示USTC複合物在piRNA轉錄中的功能) 。USTC複合物和PICS複合物的發現，給秀麗線蟲中piRNA的生成的研究帶來了新的方向。
總之，本研究報導了一個包含RNA結合蛋白和保守蛋白的複合物，這個複合物在線蟲piRNA生成和胚胎細胞分裂過程起到重要作用，且該複合物的兩個功能是相互獨立的。研究人員猜測這個複合物在不同的亞細胞區域行使不同的功能。
據悉，本研究的第一單位是中國科學技術大學生命學院，第一作者是光壽紅課題組的博士生曾陳明和翁晨春博士，以及許超課題組的王小洋和董夢秋課題組的閆永紅，光壽紅教授，許超教授和馮雪竹研究員為本文的通訊作者。
原文連結：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.05.076
製版人：珂
1. Weick, E.M. and E.A. Miska, piRNAs: from biogenesis to function. Development, 2014. 141(18): p. 3458-71.
2. Goh, W.S., et al., A genome-wide RNAi screen identifies factors required for distinct stages of C. elegans piRNA biogenesis. Genes Dev, 2014. 28(7): p. 797-807.
3. de Albuquerque, B.F., et al., PID-1 is a novel factor that operates during 21U-RNA biogenesis in Caenorhabditis elegans. Genes Dev, 2014. 28(7): p. 683-8.
4. Cordeiro Rodrigues, R.J., et al., PETISCO is a novel protein complex required for 21U RNA biogenesis and embryonic viability. Genes Dev, 2019.
5. Weng, C., et al., The USTC co-opts an ancient machinery to drive piRNA transcription in C. elegans. Genes Dev, 2019. 33(1-2): p. 90-102.
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