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1、分子遗传学分子遗传学第一页，讲稿共二十六页哦piRNA的发现 2006年，在哺乳动物睾丸组织中发现了一种特异表达的内源性小分子RNA,分子大小集中在 26-31 nt,同 Argonaute 家族的Piwi亚家族蛋白质相互结合,因此被命名为 piwi-interacting RNA,简称piRNA,初步确定具有基因沉默调控和维持种系DNA稳定的功能.第二页，讲稿共二十六页哦 During a search for candidate mammalian factors for TGS,we purified a complex that contains small RNAs and Riwi
2、,the rat homolog to human Piwi.piRNA第三页，讲稿共二十六页哦RNA指导的基因沉默：指导的基因沉默：1.转录水平-transcriptional gene silencing（TGS）：通过改变染色体构象抑制基因表达。2.转录后水平-（Posttranscriptional gene silencing)：通过mRNA的减稳作用和抑制mRNA的翻译实现。第四页，讲稿共二十六页哦 Ago蛋白家族 Argonaute protein family 首次在果蝇(Drosophila)中发现，起着调节生殖干细胞维持的作用。Two clade:the Ago clade
3、：the Piwi clade：Ago1，Ago2 Ago3，Piwi,Aubergine（Aub）与siRNA,miRNA结合与piRNA结合第五页，讲稿共二十六页哦 一 piRNA 的发现extract(from rat testis)fractionatedsequenced cDNApurified第六页，讲稿共二十六页哦第七页，讲稿共二十六页哦第八页，讲稿共二十六页哦 一 piRNA 的发现 We designate RNAs found with rat Piwi to be Piwi-interacting RNAs(piRNAs)and the complex to be th
4、e piRNA complex(piRC).by Nelson C.Lau,Anita G.Seto,Jinkuk Kim,Satomi Kuramochi-Miyagawa,Toru Nakano,David P.Bartel,Robert E.Kingston (2006 nature)第九页，讲稿共二十六页哦什么是piRNA?piRNA（Piwi-interactingRNA)：一类小型非编码RNA分子，长度为2631nt，大部分集中在2930nt。表现在哺乳动物的睾丸中（后来发现卵巢中也有），与Piwi蛋白结合形成piRNA复合物（piRNA complexes，piRCs）才能发挥它
5、的调控作用。第十页，讲稿共二十六页哦 piRNApiRNA结构特征结构特征 单链小RNA，长度为2631nt，大部分集中在2930nt；5端富含尿嘧啶核苷酸。piNA 的基因在染色体上分布极不均匀，其主要存在于基因间隔区，而很少存在于基因区和基因序列区 必须与特定的 PIWI 蛋白质相结合才能发挥功能 成熟piRNA 3端的2氧是被甲基化修饰的，增加了piRNA的稳定性第十一页，讲稿共二十六页哦第十二页，讲稿共二十六页哦 associated witha core complexsmall RNA a member of the Ago protein family Gene-silencin
6、g pathways第十三页，讲稿共二十六页哦piRNA功能 各种基因沉默机制的核心是 Argonaute 蛋白,它直接和小RNA结合并以这些小RNA作为识别和剪接目标片段的向导。两类的共同点是都含有 2 个重要的结构域,PAZ(Piwi,Argonaute,Zwille)结构域和具潜在RNase H 核酸内切酶活性的 Piwi 结构域。Piwi基因突变影响生殖系发展。第十四页，讲稿共二十六页哦 Ago蛋白家族 Argonaute protein family Two clade:the Ago clade the Piwi cladeAgo1，Ago2 Ago3，Piwi,Aubergine
7、（Aub）第十五页，讲稿共二十六页哦 piRNA 在睾丸中无论是在数量上还是在种类上都大量表达。最初的研究发现,所有涉及 piRNA 途径的突变都显著导致反转录转座子的过量表达,其结合蛋白 Piwi 的突变使雄性动物体无法产生成熟精子而不育。第十六页，讲稿共二十六页哦 在哺乳动物哺乳动物中，Piwi亚家族的3种蛋白成员M IWI、MILI 和 M IWI2 主要局限于生殖细胞中表达,M ILI、MIWI在精子发生过程的不同阶段先后表达,三者的突变会引起精子发生出现显著缺陷，致使雄性不育。第十七页，讲稿共二十六页哦 在果蝇果蝇中，Piwi亚家族蛋白成员有 Piwi、Aubergine(Aub)和
8、 Ago3。Piwi突变引起不育和生殖干细胞的丢失，aub 对生殖细胞系产生有正常功能的卵母细胞是必需的。大多数piRNA作用途径的异常通过激活Chk-2作 用通路引起果蝇轴线发育特异性的缺陷。第十八页，讲稿共二十六页哦 在小鼠小鼠卵巢里的 piRNA和siRNA均抑制反转录转座子,两条途径选择各自的靶目标。Miwi，Miwi2和Mili 3种蛋白是雄性小鼠保持生育能力所必需的，敲除Miwi和Mili基因将阻碍 piRNA的产生，且它们中的任一个基因发生突变均可造成雄性小鼠不育。第十九页，讲稿共二十六页哦 研究piRNAspiRNAs与胃癌与胃癌之间的关系，结果表明:与非胃癌组织相比，piRN
9、A中的 piR-651在胃癌组织中表达量有所上调，同时在结肠癌、肺癌、乳腺癌中也有所上调;将piR-651抑制剂导入胃癌细胞中，胃癌细胞的增长受到抑制。这表明 piR-651 不但参与了胃癌和其他癌症的发生和发展，而且在致癌过程中起着决定性的作用。第二十页，讲稿共二十六页哦 piRNA-Piwi通路通路通过转座子元件(transposable elements，TEs）甲基化而阻止其对基因组完整性的破坏，并直接控制基因的表达而最终促进干细胞功能的发挥。正常细胞piRNA-Piwi通路通过将组蛋白乙酰化，进而激活DNA的损伤修复机制,以保持基因组的稳定。研究显示，PIWIL-2启动核苷酸切除修复的机制,直接修复损伤的DNA片段，一定程度上提高了肿瘤的耐药性。第二十一页，讲稿共二十六页哦第二十二页，讲稿共二十六页哦第二十三页，讲稿共二十六页哦 Lakshmi和Agrawal于2008年建立了第个piRNA的 专门数据库-piRNABank（http:/pirnabank.ibab.ac.in/）。它收录了目前集中研究的4个物种,即人、小鼠、大鼠和果蝇的全部已知piRNA,以及斑马鱼、鸭嘴 兽的部分piRNA。第二十四页，讲稿共二十六页哦第二十五页，讲稿共二十六页哦第二十六页，讲稿共二十六页哦