华裔牛人Cell子刊小RNA突破性新发现

　　

生物通报道  来自耶鲁大学的一个研究小组发现，称作piRNAs的特化RNAs引导表观遗传因子到达果蝇整个基因组的许多位点，在那里这些开关发挥作用关闭或开启了基因。这一研究发布在近期的《发育细胞》（Developmental Cell）杂志上。

如果基因组是生命的蓝图，那么编排我们如何组装和发挥功能机制的遗传物质微小片段就是总建筑师。新研究确切地描绘了表观遗传的分子调控因子。所谓表观遗传是指在不改变DNA序列的情况下，在精确的时间和地点开启和关闭基因的过程。

领导这一研究的是现任美国耶鲁大学细胞生物学、遗传学终身教授林海帆( Haifan Lin)。其长期从事干细胞研究，曾证实人体干细胞微环境存在，并在博士期间首次发现第一个启动胚胎细胞分裂的基因在美国学术界引起轰动，被评为美国当年最出色的遗传学博士论文之一；2006发现并命名新的一类遗传调控分子piRNA，被世界顶尖科学期刊《Science》评为年度十大科学突破之一。凭借着卓越的科研成果，林海帆教授多次获得美国高层次学术嘉奖。

“我们的基因组就像是有湖泊、山脉和河流的景观，但它不是充满建筑物的社区或是城市。该系统所做的，决定了何时将泥瓦匠、木匠和电气工派遣至何处建设一个城市或社区，”耶鲁大学干细胞中心主任林海帆说。

在过去的20年里，科学家们发现了一些称作表观遗传因子的蛋白，它们横跨静态基因组，开启或关闭基因。惊人数量潜在的活性和失活基因组合解释了相对少量的基因能够执行如此广泛功能的原因。然而，是什么引导这些表观遗传因子到达了它们的靶点？耶鲁大学的研究人员发现，答案在于称作piRNAs的特化RNAs。

在最新的研究中，耶鲁大学研究小组发现，piRNAs引导表观遗传因子到达果蝇整个基因组的许多位点，在那里这些开关发挥作用关闭或开启了基因。发现基因表达模式发生了显著的改变，表明piRNAs在协调生物活性中发挥了关键性的作用。

“这是科学家们发现的第一个控制表观遗传因子在基因组中定位的重要机制，”林海帆说。

当错误类型的piRNAs引导表观遗传因子激活错误的基因时，似乎触发了几种类型的癌症。林海帆说，阻断这些piRNAs的作用，应该是治疗癌症的一个新机会。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A Major Epigenetic Programming Mechanism Guided by piRNAs

A central enigma in epigenetics is how epigenetic factors are guided to specific genomic sites for their function. Previously, we reported that a Piwi-piRNA complex associates with the piRNA-complementary site in the Drosophila genome and regulates its epigenetic state. Here, we report that Piwi-piRNA complexes bind to numerous piRNA-complementary sequences throughout the genome, implicating piRNAs as a major mechanism that guides Piwi and Piwi-associated epigenetic factors to program the genome. To test this hypothesis, we demonstrate that inserting piRNA-complementary sequences to an ectopic site leads to Piwi, HP1a, and Su(var)3-9 recruitment to the site as well as H3K9me2/3 enrichment and reduced RNA polymerase II association, indicating that piRNA is both necessary and sufficient to recruit Piwi and epigenetic factors to specific genomic sites. Piwi deficiency drastically changed the epigenetic landscape and polymerase II profile throughout the genome, revealing the Piwi-piRNA mechanism as a major epigenetic programming mechanism in Drosophila.

作者简介:

林海帆

教授，杰出生物学家，现任美国耶鲁大学细胞生物学、遗传学终身教授，耶鲁大学干细胞中心主任，是世界上证实人体干细胞微环境存在的第一人。

在美国耶鲁大学，林海帆教授统领一支由38位教授、500多位科研人员组成的团队，团队拥有42个不同类型的实验室。他创立了干细胞研究模式系统，揭示了膜骨骼蛋白对卵子的关键作用，提出了极化理论，首次对干细胞进行精确定位，证明了干细胞的存在与自我复制行为，发现了“膜骨体”以及几个对干细胞分裂起关键作用的基因。由他发现并命名新的一类遗传调控分子piRNA，被世界顶尖科学期刊《Science》评为2006年十大科学突破之一。他的干细胞研究成果已用于攻克白血病，并已初步涉及对癌症、老年性痴呆症、帕金森氏病、糖尿病等人类顽症的治疗。

凭借着卓越的科研成果，林海帆教授多次获得美国高层次学术嘉奖，包括Packard科学与工程奖、美国癌症研究会青年教授研究奖和BasilO'Connor青年学者奖。