Mol Cell | 翁志萍团队等建立piRNA产生机制的空间框架

来源：BioArt

转座子被认为是我们细胞中的可移动基因，它们往往会尝试插入基因组而进行扩增，这种扩增方式可能会破坏其他基因结构。为了防止这种情况发生，生殖细胞（即精子或卵子）使用piRNA（即与Piwi蛋白相互作用的RNA）的防御系统沉默转座子【1】。

以往的遗传学研究及序列分析发现，piRNA的产生通过两条耦联的分子通路：首先乒乓循环通路（ping-pong cycle）把piRNA前体（precursor）处理成piRNA中间体【2】，然后由另一条名为相级piRNA通路（phased piRNA pathway） 的分子途径把piRNA中间体处理成成熟的piRNA【3】。然而，这两条前后相连的通路却是空间分离的：乒乓循环发生于细胞核周围的生殖质（nuage）中，而相级通路则发生在线粒体表面。那么，是什么机制帮助 piRNA中间体从生殖质移动到线粒体呢？

一般来说，RNA的定向移动需要通过与蛋白质相结合；在细胞中随机扩散的RNA犹如在茫茫大海中寻找岛屿的船，其发现目的地的概率微乎其微。2019年5月7日，麻省诸塞大学医学院翁志萍教授与Phillip D. Zamore教授合作在Molecular Cell上发表文章The RNA-BindingATPase, Armitage, Couples piRNA Amplification in Nuage to Phased piRNAProduction on Mitochondria，发现一种名为Armitage (Armi) 的RNA解旋酶同时存在于生殖质和线粒体中，它能根据两条通路的状态动态地调整其分布。同时，Armi也是一种ATP激酶，它不仅可以结合RNA，还可以通过消耗储存在ATP中的能量来选择性结合特定类型的RNA分子。

另外，通过对高通量转录表达数据的分析及蛋白质组学研究，研究者还发现Armi能够与piRNA中间体，及大多数位于生殖质和线粒体中的已知的piRNA功能蛋白相结合。更重要的是，Armi可以通过消耗ATP来避免与细胞中大量存在但不参与piRNA生成的信使RNA相结合。因此，Armi不仅能能连接两条piRNA生成通路将piRNA中间体从生殖质递送到线粒体表面，并且还参与了可进入piRNA次级生成通路的正确RNA分子的选择。

通过对piRNA生产过程中关键蛋白因子的定位、相互作用及功能研究，研究者建立了piRNA产生机制的空间框架，填补了我们对其生化途径组织结构的知识空白。这项工作对生物医学研究，例如RNA代谢、线粒体功能和动物生育能力等的研究具有普遍意义。

有趣的是，Armitage是以英国探险家罗伯特·斯科特 (Robert Falcon Scott) 失败的“发现号”南极远征队伍中的一位航海家命名的。2004年，科学家发现这个基因具有帮助多种极质成分定位到果蝇卵母细胞的后极【3】的功能，但当时人们还不知道piRNA的存在。现在研究者发现Armitage也能够帮助piRNA中间体穿过胞质而定位到线粒体，再次印证了这个名字背后的意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.04.006

参考文献

1. Huang, X., Fejes To′ th, K., and Aravin, A.A.(2017). piRNA Biogenesis in Drosophila melanogaster. Trends Genet. 33, 882–894.

2. Brennecke, J., Aravin, A.A., Stark, A., Dus, M.,Kellis, M., Sachidanandam, R., and Hannon, G.J. (2007). Discrete smallRNA-generating loci as master regulators of transposon activity in Drosophila.Cell 128, 1089–1103.

3. Cook, H.A., Koppetsch, B.S., Wu, J., and Theurkauf,W.E. (2004). The Drosophila SDE3 homolog armitage is required for oskar mRNAsilencing and embryonic axis specification. Cell 116, 817–829.