研讨发明PANDAS复合物在piRNA调控异染色质构成的分子机制

转座子（transposon）由冷泉港试验室Barbara McClintock（诺贝尔奖）起首在玉米中发明。转座子又被称为“腾跃基因”，相似于内源性病毒，可以在宿主基因组中“复制和粘贴”本人的DNA，以到达其自我“繁衍”的目标。转座子的“腾跃”能够会发生基因组不波动性，并招致植物不孕不育。有多种调控机制缄默转座元件并保持基因组完好性，例如组卵白润饰和DNA的甲基化等。为了抵御转座子，植物的生殖零碎退化出了一类小——piRNA（Piwi-Interacting RNA）——来严厉调控转座子的表达。概念上，真核生物的piRNA通路在功效上相似于原核生物的CRISPR零碎。

piRNA簇（piRNA cluster）表达的piRNA长度年夜约在24到31nt之间，经过与PIWI家族卵白（Argonaute家族卵白的一个亚家族）构成piRISC复合物（piRNA induced silencing complex）而起感化。piRISC复合物能在转录（TGS，Transcriptional gene silencing）和转录后程度的缄默转座子（PTGS，Post-transcriptional gene silencing）上起感化。PTGS次要经过“乒乓轮回”（ping-pong cycle）在切割piRNA靶标的同时发生更多的重生piRNA，从而构成相似“后天免疫零碎”的正反应，在细胞质层面降解转座子RNA。TGS是在转录程度缄默目的转座子——最终成果是引诱转座子拔出位点构成构成型异染色质。转座子的缄默平日跟组卵白润饰（H3K9me3）有很强的相干性。今朝以为，Piwi/piRNA复合物经过转座子重生RNA招募Panoramix（Panx），并最终招致转座子区域的构成，该进程须要H3K9me3甲基化转移酶SetDB1/Eggless和H3K4me3去甲基化酶LSD1。

9月30日，中国迷信院生物物理研讨所俞洋团队和中国迷信院上海生物化学与研讨所黄旲团队（现上海交年夜医学院）在Nature Cell Biology 杂志上以长文方式在线揭橥了题为A Pandas complex adapted for piRNA-guided transcriptional silencing and heterochromatin formation 的研讨，该任务在俞洋/Hannon之前的任务根底长进一步深化说明了piRNA介导的转座子异染色质构成的分子机制。该研讨发明，生殖细胞特异表达的核转运因子（NXF）家族卵白dNxf2能与dNxt1（P15）以及Panx构成三元复合物，并经过竞争性联合阻拦dNxf1（又叫TAP，是介导mRNA出核的经典接头卵白）与核孔互作，从而招致了转座子重生RNA在核内的滞留。该文章初次证实PANDAS（Panoramix-dNxf2 dependent TAP/p15 Silencing）复合物的存在，并提出了RNA介导异染色质构成的新实际，既阻断重生RNA出核在调控进程中起焦点感化，又为未来研讨其它RNA介导的表不雅调控供给指点意义（图1）。该文章的揭橥，也给本年四月份在BioRxiv同时上线的关于Drosophila Nxf2的四篇预印本文章之间的良性竞争画上句号。

该研讨中，俞洋课题组充沛应用果蝇这一形式生物的优势，综合剖析针对piRNA通路的全基因组RNAi挑选成果和flybase中全卵白组免疫沉淀质谱的，再联合已树立的RNA拴住申报基因挑选系统，起首疾速锁定了dNxf2在piRNA/Panx介导的转座子缄默进程中的焦点感化。与此同时，俞洋课题组经过和专注于piRNA通路的构造生物学家黄旲课题组的精诚协作，解析了Panx-dNxf2互作构造域的晶体构造。作者经过晶体构造的剖析发明，dNxf2的UBA构造域一方面退化出跟Panx直接互作的疏水界面，另一方面也丧失了普通NXF家族卵白固有的联合核孔复合物的才能（从而说明了为什么dNxf2不克不及像dNxf1一样介导mRNA出核），为在分子层面进一步懂得dNxf2的感化机制奠基了坚实根底（图2）。

因为dNxf2能跟Panx能构成互相依附的复合物，dNxf2有着跟Panx相似的引诱基因缄默的功效，即可以经过重生RNA介导基因缄默和异染色质构成。和其它经典piRNA通路卵白一样，dNxf2的缺掉会招致植物体完整不孕不育。风趣的是，小鼠的Nxf2敲除之后在特定前提下也有不育的表型。一系列分子生物学试验和学（co-IP/IP mass spec，GST pull-down，Y2H，GoldCLIP等）也证明dNxf2的确是Panx介导转座子缄默进程中的焦点卵白。然则，作者在研讨进程中发明，在dNxf2缺掉并一同过表达Panx的前提下，转座子的H3K9me3根本坚持不变。具有讥讽意味的是，在此前提下果蝇倒是完整不育的，由于转座子依然是年夜范围上调的。该成果也直接暗示两点：1. H3K9me3只是构成的需要非充沛前提。2. dNxf2调控转座子缄默的分子机制不只仅是招募Panx以及下流的甲基化转移酶SetDB1那么复杂。