首次揭示“RNA 剪刀”切割全过程，西湖大学最新科研成果登上《自然》

IT之家于1月17日报道，当您阅读这段文字时，您的身体内部有着各类细胞在不断高效地运作：视网膜细胞将捕捉的光线转换为神经信号，而大脑细胞则解析和理解这些信号，肌肉细胞则负责眼球的转动和手指操作手机等动作，心脏细胞和红细胞等则保障着身体的营养和氧气供应……

那么，细胞们是如何高效协作而不出现混乱或“越权”的呢？这一切归功于一种“指挥者”，即非编码小 RNA，通常称为小 RNA。这个类别中包括 miRNA、siRNA和piRNA。前两者相关的科学研究曾荣获诺贝尔奖，而申恩志团队的最新研究成果则聚焦于我们最近才发现的、对我们而言较为陌生的第三种小 RNA——piRNA。

北京时间今晨，西湖大学生命科学学院及西湖实验室的申恩志团队与吴建平团队成功揭示了小鼠体内 PIWI 蛋白（MILI 蛋白）与 piRNA 一同切割靶向 RNA（核糖核酸）的完整过程。相关研究成果已于1月15日零点在《自然》期刊在线发表。

2006年，人类首次发现了piRNA；然而，直到申恩志在2015年开展博士后研究时，关于这种小 RNA的许多谜团依然未解。

piRNA在动物生殖细胞（包括精子和卵子）发育中扮演着至关重要的角色。它如同一名“战士”——piRNA的主要功能之一是充当“RNA剪刀”，专门对有害的RNA进行切割，使其失去作用。要理解这把“剪刀”，我们还需要关注两个新角色：转座子和 PIWI 蛋白。

在完成了人类基因组测序后，科学家们震惊地发现，编码蛋白的DNA仅占基因组的2%，其余部分则不参与编码。而更令人惊讶的是，其中有一类特殊的DNA序列，具备自主复制和移动的能力，可能在同一染色体内部不同位置之间“跳跃”，或在不同染色体之间移动。这类“跳跃”的序列称之为转座子，它在DNA中占比高达50%。

具体来说，转座子分为两种。一类是“剪切-黏贴”的DNA转座子，直接从原位置剪切并插入新位置；另一类则是“复制-黏贴”的逆转录转座子，原有位置的转座子DNA转录为RNA后，逆转录生成新的DNA拷贝并插入基因组的新位置——这种类型的转座子在基因组中更为常见，占比超过40%。

总之，转座子在基因组的混乱环境中四处游荡，带着它们特有的序列进行“跳跃”与定居。这种无序的“跳跃”与插入，可能导致基因组的不稳定性，从而引发疾病，因此转座子曾被视为“垃圾基因”。尽管科学家们发现，这些转座子生成的新突变在长远的物种进化中或许具有积极作用，但这并未改变它们在当下带来的潜在危害。

piRNA的“剪刀”则专门针对逆转录转座子产生的RNA。这种转座子需经过“DNA-RNA-DNA”的流程才能在新位置安定，而piRNA则能够在其尚处于RNA阶段时就识别并“切断”，令后续的转录与插入无法进行；换言之，piRNA如同守护细胞的“卫兵”，类似一种免疫系统，能精准识别并“灭活”有害的转座子，从而保护生殖细胞的稳定性。

但仅依靠piRNA无法完成这场战斗。实际上，所有非编码小RNA都需要一位“伙伴”来结合并协助工作。对piRNA而言，这位伙伴便是属于Argonaute蛋白的PIWI 蛋白。

当piRNA与PIWI蛋白结合后，形成一个复合物，能够与特定RNA结合并进行切割。PIWI蛋白就是执行切割的“剪刀”，可以根据piRNA的指示，在特定的RNA（即我们所称的靶RNA）中进行剪切。

IT之家附上论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08438-1

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