Science揭示基因组的捍卫者

　　

生物通报道  从细菌到人类，生物体都必须要保护自身对抗称作为转座子的寄生遗传元件，并且赌注下得很大。这些DNA片段可在基因组中四处跳跃破坏基因，其可以造成极大的破坏因此细胞有专门的监视机制来抑制它们。

为了保护后代对抗基因组破坏，这些天然防御系统发生缺陷通常会导致不育不孕。在动物中，对抗捣乱转座子的主要防御是piRNA(PIWI-interacting RNA)信号通路（延伸阅读：小RNA领域牛人Science发表重要研究成果）。

在新研究中，冷泉港实验室(CSHL)教授、剑桥大学CRUK剑桥学院教授Cambridge Institute领导科学家们，鉴别出Piwi系统利用一种蛋白质将细胞的基因沉默机器引导到了基因组中的正确位点，使得它能够让转座子失活，且不会干扰生物体自身的基因。

Hannon的同事们开玩笑地将这一蛋白命名为巴诺拉米斯(PANORAMIX)，Panoramix是漫画书中的著名人物，他能赋予其他人巨大的能力。

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在生殖细胞中活化的piRNA信号通路是一个双层防御系统。最直接的防线发现并毁坏转座子RNA拷贝，第二机制找到基因组中的转座子，用化学信号标记它指示细胞安全地关闭它们。“这两个控制模式尽可能紧紧地钳制住了这一系统，”Hannon说。

在当前的研究中，Hannon和同事们将焦点放在了化学标记转座子DNA的系统上。这种情况发生在转座子元件准备移动之时，此时基因组中的转座子DNA转录为了RNA。

Hannon解释说，Piwi系统面对的挑战是要找出这些看起来很像生物体自身基因的序列标记它们，使得细胞能够利用按需要关闭自身基因的相同机器来识别出它们。称作为piRNA的小RNA分子被认为在RNA拷贝出现时负责找到转座子，但接下来的步骤却无法解释。“我们现找到这一转座子特异性信号通路与细胞普遍抑制机器之间的联系，”Hannon说。

科学家们有一张清单列明了被认为有可能发挥这一作用的分子，Hannon实验室的博士后研究人员余洋（Yang Yu，音译）着手测试了它们。当Piwi系统沉默它们的自然靶标时是如此的快速，以致科学家们发现几乎不可能追踪它的组件。因此，余洋构建了一个人造Piwi靶标，然后将Piwi系统不同的元件连接到它上面来监测接下来发生的事情。

在大多数情况下，细胞都将编码靶标的DNA片段视作是自身的基因。但当Panoramix连接人造靶RNA时，它能够阻止外源DNA片段转录。研究显示一旦启动转录，Panoramix便会招募细胞基因沉默机器来关闭局部的转录、标记插入DNA，确保它将保持关闭，甚至是在后代中。

Hannon说：“这是一种非常特殊的现象。Panoramix召唤了细胞基因沉默机器，却没有影响果蝇自身任何基因的活性。”

Hannon说，尽管在哺乳动物中没有发现Panoramix蛋白，极有可能人类和其他动物具有一种相关蛋白发挥了相同的作用。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

"Panoramix enforces piRNA-dependent cotranscriptional silencing" appears in Science on October 15, 2015. The authors are: Yang Yu, Jiaqi Gu, Ying Jin,Yicheng Luo, Jonathan B. Preall, Jinbiao Ma, Benjamin Czech, and Gregory J. Hannon.