生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员近日在新研究中证实，在精子发生后期粗线期piRNAs导致了大量的mRNA消失。这一研究发现发表在5月2日的《细胞研究》（Cell Research）杂志上。

中科院上海生命科学学院的刘默芳（Mo-Fang Liu）研究员是这篇论文的通讯作者，其研究方向是非编码RNA在癌症发生和精子发生中的功能机制。

Piwi互作RNA(piRNA)是从哺乳动物生殖细胞中分离得到的一类长度约为30nt的非编码RNAs，这类小RNAs通过与Piwi蛋白家族成员结合来发挥它的调控作用（延伸阅读：Cell子刊：解析piRNA信号通路名单 ）。大量的研究证实Piwi蛋白是piRNAs生物合成以及发挥功能的必要条件。一些小鼠、果蝇、斑马鱼和线虫遗传研究表明，piRNA信号通路在动物生殖细胞的可移动遗传元件（ mobile genetic elements）沉默中发挥至关重要的作用。然而，目前尚不清楚阻止不必要的移动遗传元件扩散是否足以说明piRNA系统在配子发生过程中所起的至关重要的作用。

小鼠基因组中包含有3个Piwi蛋白家族成员：Mili、Miwi和Miwi2，在雄性生殖细胞的分化过程中它们受到时间和空间上的调控，被证实对精子发生至关重要。在小鼠的雄性生殖细胞发育过程中，在两个不同的阶段表达的piRNAs被分别命名为粗线期前期piRNAs (pre-pachytene piRNAs)和粗线期piRNAs（pachytene piRNAs）。粗线期前期piRNAs富含转座子序列，在精子发生早期与MIWI2和/或MILI共表达，主要参与胎儿及围产期雄性生殖细胞的DNA从头甲基化。而粗线期piRNAs主要由粗线期精母细胞和减数分裂后精细胞的非转座子基因间区诱导生成，目前对其仍知之甚少。

此外，动物体内减数分裂后雄性生殖细胞的发育也被认为是一个复杂的生化和形态学过程，在小鼠中包括至少16个连续的转变步骤。精子形成这一分化过程就包括顶体和鞭毛形成、核固缩和胞质脱落等这些步骤。通过这一系列程序化的转变，单倍体精细胞最终转变为精子。有趣的是，从母系或父系对于早期生命事件的选择性贡献角度来看，卵母细胞包含大量的蛋白质和mRNAs，而精子中只保留了很少的mRNAs，它们的遗传信息只有在合子活化后才会表达。对于精子形成晚期精细胞中mRNAs大量消失的机制尚未展开深入地探讨。

在这篇文章中，研究人员报告称在小鼠长形精子细胞（Ｅｌｏｎｇａｔｉｎｇ ｓｐｅｒｍａｔｉｄｓ，ES）中粗线期piRNAs引导了大量mRNA消失。他们证实，在长形精子细胞中选择性地组装出了由小鼠PIWI (MIWI)和脱腺苷酶CAF1构成的piRNA诱导沉默复合体(pi-RISC)，通过与体细胞中miRNAs相似的一种作用机制诱导了mRNA脱腺苷化和降解。这样高度协调的程序似乎充分利用了非转座子基因间区生成的粗线期piRNAs极大的、多样化靶向能力。

这些研究结果表明，粗线期piRNAs导致的一些程序失活为长形精子细胞转变生成精子做好了准备。

（生物通：何嫱）

作者简介：

刘默芳
 
1987-1991年，华东理工大学生物化学专业，理学学士；1991-1994年，华东理工大学生物化学专业，理学硕士；1997-2000年，中科院上海生物化学研究所生物化学与分子生物学专业，理学博士。2000 -2005年，美国国家健康研究院癌症研究所 (National Cancer Institute, NIH)博士后训练，从事基因表达调控。2005-2006美国约翰霍浦金斯医学院遗传和分子生物学系，研究助理。2006-至今，中科院上海生化细胞所，先后担任co-PI，RNA研究技术平台主任，研究组长。2013年入选国家杰出青年科学基金获得者。

研究方向：非编码RNA在癌症发生和精子发生中的功能机制

研究工作：我们实验室的兴趣在于了解非编码RNA的功能和作用机制，主要从事miRNA在癌症发生中的功能机制、piRNA在哺乳动物精子发生中的功能机制等两方面的研究。分别介绍如下：
一、 miRNA在癌症发生中的功能和机制
主要课题：
1. miRNA在炎症相关肿瘤发生过程的功能和作用机制；
2. miRNA对肿瘤代谢的调控作用及机制；
3. miRNA在癌症诊断及治疗中的应用。
二、piRNA在哺乳动物精子发生中的功能和机制
主要课题：
1. PIWI/piRNA在小鼠精子细胞中的表观遗传调控机制；
2. PIWI/piRNA在转录后水平调控小鼠精子细胞中基因表达的功能机制；
3. piRNA途径在哺乳动物精子发生过程中的功能机制。

生物通推荐原文摘要：

Pachytene piRNAs instruct massive mRNA elimination during late spermiogenesis

Spermatogenesis in mammals is characterized by two waves of piRNA expression: one corresponds to classic piRNAs responsible for silencing retrotransponsons and the second wave is predominantly derived from nontransposon intergenic regions in pachytene spermatocytes, but the function of these pachytene piRNAs is largely unknown. Here, we report the involvement of pachytene piRNAs in instructing massive mRNA elimination in mouse elongating spermatids (ES). We demonstrate that a piRNA-induced silencing complex (pi-RISC) containing murine PIWI (MIWI) and deadenylase CAF1 is selectively assembled in ES, which is responsible for inducing mRNA deadenylation and decay via a mechanism that resembles the action of miRNAs in somatic cells. Such a highly orchestrated program appears to take full advantage of the enormous repertoire of diversified targeting capacity of pachytene piRNAs derived from nontransposon intergenic regions. These findings suggest that pachytene piRNAs are responsible for inactivating vast cellular programs in preparation for sperm production from ES.

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