PIWI-piRNA途径通过转录、转录后及转译机制调控基因表达

非编码RNAs (non-coding RNAs)是当前生物医学研究中最令人兴奋的发现之一。非编码RNAs包括长链非编码RNA (long non-coding RNAs, lncRNAs)和小非编码RNA (small non-coding RNAs, sncRNAs)。

小非编码RNA中，微RNAs (microRNAs, miRNAs)与小干扰RNA (small interfering RNAs, siRNAs)长约21个核苷酸，与ARGONAUTE(AGO)/PIWI蛋白家族中的AGO亚族结合。另一类小非编码RNA称作piRNAs (PIWI-interacting RNAs)，长度为24–32个核苷酸，则是与AGO/PIWI蛋白质家族的PIWI亚族结合。piRNA主要表达于生殖细胞中。

生殖细胞中存在了数以百万的piRNA序列，其数目远远超过其他非编码RNA总和。更惊人的是，piRNA序列可对应到所有类型的基因组序列，包括基因编码区(gene-coding region)和基因间区(intergenic region)。这两个特点赋予了piRNA在生殖细胞发育中调控基因表达的重要任务。

最近，耶鲁大学干细胞研究中心与细胞生物学系辜雪砚博士与林海帆教授共同为《国家科学评论》撰写了一篇该领域的综述性文章，题为“PIWI蛋白及其相互作用蛋白在piRNA生物合成、生殖发育和基因表达的调控” (http://nsr.oxfordjournals.org/content/1/2/205.full)。

该综述详细涵盖了PIWI蛋白质在piRNA生物合成的作用，以及PIWI-piRNA途径在发育过程中的调节基因表达机制。PIWI蛋白在不同物种发育过程中不可缺少。在线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠中，PIWI基因突变引起生殖细胞发育缺陷，如无法维持生殖干细胞(germline stem cells，GSCs)，减数分裂异常，最后造成不育。许多PIWI相互作用蛋白，包括多个TUDOR蛋白家族成员，其基因突变导致类似于PIWI的突变表型。更重要的是，PIWI蛋白和多数相互作用蛋白皆参与piRNA的生物合成。piRNA是从转座子、编码蛋白的基因以及基因间区产生的RNA衍生而来，piRNA负责引导PIWI蛋白至特定靶序列，以调节转座子和其他基因在转录和转录后水平的表达。近来研究更发现PIWI蛋白质和piRNA在体细胞(如神经细胞和癌细胞)的表现与功能。因此，PIWI-piRNA途径的研究范围已从生殖细胞延伸到体细胞甚至癌细胞学领域，并将焦点从抑制转座子表达扩展至对其他基因的调控。