Nature:顛覆常規!揭示細胞產生piRNA新機制

2020-11-24 生物谷


2017年8月26日/

生物谷

BIOON/---從

酵母

到人類的所有有機體中的DNA編碼著讓它們存活和繁殖所必需的基因。但是這些有益的基因僅佔我們的DNA的2%。事實上，三分之二以上的我們的基因組被自私基因佔據著，這些自私基因僅關注它們自己的複製。它們分散在植物、真菌和動物的基因組中，能夠從一個基因組位點跳躍到另一個基因組位點。儘管它們在產生基因組多樣性上發揮著重要的作用，但是它們也能夠導致致命性突變或不孕不育。正如

細菌

利用CRISPR/Cas9系統識別和切割入侵它們的DNA的病毒，真核生物已進化出多種策略來保護它們的基因組和沉默這些自私基因。小調節RNA調控著很多這樣的基因組防禦機制，而且也已產生重大的生物技術創新。

解決進化中的「先有雞還是先有蛋」困境

維持動物基因組完整性的一種重要的通路是piRNA通路。piRNA通路在生殖細胞中是有活性的，而且利用被稱作piRNA的小片段RNA互補性地結合到自私基因的轉錄本上，因而利用與piRNA結合的Argonaut蛋白啟動沉默。奧地利科學院分子生物技術研究所（IMBA）的Julius Brennecke實驗室一直在果蠅中利用前沿的下一代測序技術積極地探究這些基於RNA的自我防禦機制。piRNA的來源位於基因組中含有自私DNA序列的沉默區域。這種組裝便產生一種進化中的「先有雞還是先有蛋」困境：piRNA如何能夠由它們沉默的基因組區域產生？

在一項新的研究中，Brennecke實驗室不僅解決了這個謎團，而且也描述了一種全新的基因表達機制。相關研究結果於2017年8月23日在線發表在

Nature

期刊上，論文標題為「A heterochromatin-dependent transcription machinery drives piRNA expression」。

Moonshiner蛋白：總有出路

這種新發現的通路圍繞著一種被稱作Moonshiner的蛋白。Moonshiner蛋白是一種基礎轉錄因子的同源蛋白，與Rhino蛋白相互作用。Rhino是一種結合到自私基因的異染色質上的蛋白。Rhino蛋白將Moonshiner蛋白招募到這種

異染色質

區域，隨後Moonshiner蛋白啟動催化轉錄的RNA聚合酶II-前起始複合物（RNA polymerase II pre-initiation complex）組裝。因此，在原本沉默的基因組區域中的基因表達是通過一種嵌入在組蛋白標記而不是在DNA序列中的不同代碼進行激活的。這些發現表明piRNA轉錄違背了經典的基因激活規則，涉及將標準的基因激活與基因沉默組合在一起。

論文第一作者、IMBA博士後研究員Peter Andersen解釋道，「這種在piRNA簇集區（產生piRNA的地方）中有活性的通路將兩種不同的系統---基因激活和基因沉默---結合在一起而非常熟練地編輯相關的基因複合體。」

因此，這種Moonshiner通路揭示出細胞如何能夠利用

異染色質

進行轉錄。Brennecke說，「細胞產生繞過常規通路的策略。這些當前的發現不僅對理解有用的基因和自私基因之間的軍備競賽是至關重要的，而且它們也促進以一種整體的方式理解基因表達，其中這種軍備競賽影響著而且仍然促進進化過程。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Peter Refsing Andersen, Laszlo Tirian, Milica Vunjak et al. A heterochromatin-dependent transcription machinery drives piRNA expression. Nature, Published online 23 August 2017, doi:10.1038/nature23482

相關焦點

  • 研究揭示T淋巴細胞活化新機制
    9月21日，《自然—免疫學》（Nature Immunology）雜誌在線發表了中山大學生命科學大學院李迎秋教授課題組的研究論文《TCR-induced sumoylation of the kinase PKC-θcontrols T cell synapse organization and T cell activation》（論文連結：http://www.nature.com
  • Nature:揭示真核生物細胞核中染色質分離新機制
    2019年6月17日訊/生物谷BIOON/---在細胞核中基因組的活性部分與它的非活性部分在空間上分隔開來對於基因表達控制至關重要。在一項新的研究中，來自德國慕尼黑大學、美國麻省理工學院和麻薩諸塞大學醫學院的研究人員揭示了這種分離的主要機制，並顛覆了我們對細胞核的認識。
  • Nature Plants | 細胞極性生長的調控新機制
    Nature Plants | 細胞極性生長的調控新機制責編 | 逸雲細胞極性是真核細胞的一個基本屬性細胞極性生長是細胞極性的一種重要表現形式。植物中細胞的極性生長有的是單向的，例如花粉管和根毛的頂端生長，有的只限制在植物某個特定部位，例如擬南芥葉的毛狀體或葉表皮的扁平細胞。
  • Cell:挑戰常規!揭示細胞自噬體膜產生新機制
    2020年2月8日訊/生物谷BIOON/---我們的細胞不斷進行春季大掃除：細胞自己的回收系統，即所謂的自噬，將細胞廢物填滿垃圾袋，將它們運送到回收站（即溶酶體），使得分解的物質再次可用。如今，在一項新的研究中，來自德國馬克斯普朗克衰老生物學研究所和科隆大學的研究人員能夠在模式生物酵母中證實稱為自噬體（autophagosome）的垃圾袋的膜是在垃圾周圍的地方新產生的，而不是由業已存在的成分構成的。
  • 邵振華研究員團隊在Nature Communications發表論文揭示GPCR識別藥物新機制
    近日，生物治療國家重點實驗室邵振華研究員團隊在國際期刊Nature Communications（影響因子12.1）上發表了題為「Structure of the human gonadotropin-releasing hormone receptor GnRH1R reveals an unusual ligand binding mode」的研究論文，揭示GPCR識別藥物新機制。
  • Nature Communications|西北農林科技大學沈錫輝教授團隊揭示原核生物實現異種細胞間對話新機制
    10月23日，《Nature Communications》在線發表生命學院沈錫輝教授團隊張磊副教授完成的題為「Sensing of autoinducer-2 by functionally distinct receptors in prokaryotes」的文章，揭示了原核生物
  • Nature:發現讓生殖細胞返老還童的潛在新機制
    圖片來自Nature, doi:10.1038/nature24620。2017年11月25日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校和Calico生命科學公司（Calico Life Sciences）的Adam Bohnert和Cynthia Kenyon在實驗室中利用線蟲開展研究，針對人類生殖細胞如何恢復活力提出了一種可能的新解釋。他們的發現可能對人類生殖產生著重要的影響。
  • Nature重磅:新研究顛覆了單細胞生物進化多細胞生物的核心理論
    長期存在的觀點認為：多細胞動物是從類似現代海綿細胞的單細胞祖先進化而來的。昆士蘭大學的科學家6月12日發表在《nature》最新研究結果，顛覆了生物學家對動物進化史長達一個世紀的理解。研究小組通過對所有表達的基因進行測序，繪製了單個細胞的圖譜，讓研究人員能夠隨著時間的推移比較相似類型的細胞。這意味著他們可以通過尋找每種細胞類型的「特徵」，梳理出單個細胞類型的進化史。
  • 細胞說:我有特別的基因沉默技巧丨Nature揭示印記基因新機制
    張毅教授（圖片來源：HHMI官網）細胞如何確保這些印記基因「保持安靜」呢？但是在近日，霍華德休斯醫學研究所（HHMI）的張毅教授及其研究團隊在Nature期刊上發表的文章揭示了一種新機制：修飾組蛋白能夠阻斷小鼠中一些印記基因的活性。
  • 上海生科院揭示線粒體心磷脂調控肝癌細胞凋亡的新機制
    上海生科院揭示線粒體心磷脂調控肝癌細胞凋亡的新機制 來源：上海生命科學研究院   發布者：左麗媛   日期：2016-11-17   今日/總瀏覽：1/2831
  • 揭示腫瘤細胞胺基酸代謝異常新機制
    原標題：揭示腫瘤細胞胺基酸代謝異常新機制 近日，中國科學技術大學生命科學學院張華鳳課題組、高平課題組與中山大學腫瘤防治中心宋立兵課題組以及中科院武漢物數所唐慧儒課題組等合作發現，在營養匱乏條件下，癌基因cMyc誘發的絲氨酸生物合成途徑的激活對於癌症的發生發展起著至關重要的作用，該研究成果近日發表在《細胞研究》。
  • Nat Communi| 西北農林科技大學沈錫輝團隊揭示異種細胞間對話的新機制
    Nature Communications在線發表西北農林科技大學生命學院沈錫輝教授團隊，張磊副教授完成的題為「Sensing of autoinducer-2 by functionally distinct receptors in prokaryotes」的文章，揭示了原核生物
  • 上海交大吳方課題組利用藥理學探針工具發現細胞鐵死亡新機制
    因此，發現具有生物活性的小分子調控物不僅能控制細胞內生命過程，也可發現蛋白質的新功能。天然免疫抑制藥物雷帕黴素(Rapamycin)在細胞內的靶點蛋白mTOR（Mammalian Target of Rapamycin）, 在免疫抑制和腫瘤治療中具有重要作用，是生命過程的核心分子，也是生命醫學研究的熱點。
  • Nature | piRNA前體產生的機制
    在大多數動物的生殖細胞中，piRNA能使轉座子沉默，而體細胞piRNA的功能則在進化過程中不斷丟失、獲得、再丟失【1】。　　在生殖細胞中，piRNA的生物合成伴隨著來自轉座子和piRNA簇的互補轉錄本的相互切割，這個過程被稱為「桌球循環」（ping-pong cycle）【2】。
  • BBAMCR:張雲等揭示腫瘤細胞分子病理新機制
    目前研究表明PAR1信號通路激活的失調與慢性炎症以及腫瘤的發生和腫瘤轉移密切相關，其在腫瘤細胞的高表達和持續激活是導致腫瘤生長和轉移的重要原因之一。抑素蛋白(prohibitin)在脊椎動物中高度保守，具有調控細胞增殖和凋亡以及線粒體功能等作用。
  • 研究揭示RNA剪接新機制
    研究揭示RNA剪接新機制 作者：小柯機器人 發布時間：2019/9/5 15:57:49 美國科羅拉多大學安舒茨醫學校區Rui Zhao研究組與加州大學洛杉磯分校的Z.
  • Nature:重大進展!新研究揭示piRNA產生機制
    2020年2月4日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自日本東京大學的研究人員發現了微小基因組防禦者---由稱為piRNA的短鏈RNA組成---的更多細節，這些微小基因組防禦者通過保護可產生精子和卵子的生殖細胞的基因組來確保生育能力。
  • Nature:改寫教科書!揭示SNARE蛋白協助細胞間和細胞內溝通新機制
    當這些蛋白抓住兩個細胞的外膜時，它們纏繞在一起。他說，「如今，我們證實這種結構模型是錯誤的。需要對教科書進行調整。」SNARE蛋白產生「融合孔（fusion pore）」，從而允許化合物穿過分隔細胞或細胞內亞組分的膜。SNARE在所有含有細胞核的有機體（從很多單細胞生物到植物、動物和人類）中產生融合孔。
  • Nature:利用CRISPR/Cas9揭示蛋白ENL促進AML白血病產生
    圖片來自Nature, doi:10.1038/nature216872017年3月5日/生物谷BIOON/---利用員工牌進入大樓的任何人可能理解蛋白ENL如何為治療急性髓細胞性白血病（Acute myeloid leukemia，AML）提供新的可能。
  • 新加坡國立大學俞皓教授團隊揭示父母本協同調控種子大小的新機制
    PLoS Biology | 俞皓教授團隊揭示父母本協同調控種子大小的新機制責編 | 逸雲種子大小決定了植物後代的競爭力另一方面，被子植物種子由雙受精產生，即兩個精子分別和母本的卵細胞及中央細胞（極核）融合，而後受精卵和受精極核分別發育為胚和胚乳。在受精發生時，雌配子體還含有其他附屬細胞，如助細胞和反足細胞。