Cell：不让基因沉默的RNAi途径

　　“这项研究的独特之处在于――之前，我们知道RNAi能用于调控基因，或者完全关闭基因。而这项研究中，我们发现的是一种通过piRNA途径，保护基因不被沉默的RNAi机制，这种机制能作为一种保护形式，让基因得以表达。”

　　――Darryl Conte Jr.博士

　　生物机体采用了多种战略方法来识别，阻击外来入侵DNA片段，像是病毒中带有DNA片段。比如许多病毒都会在其生命周期中生成双链RNA，而RNA干扰(RNAi)机制被认为是识别这种结构，启动沉默应答的方法之一。

　　来自麻省医学院的研究人员近期发现了一种与RNAi相关，能侦查到入侵者的新机制，这种机制与之前通过识别dsRNA，或者一些外来序列其他异常特征的方法不同，新方法是通过将外来序列和之前表达的RNA记忆进行比较，一旦识别出差异来，一种称为外来DNA片段的“表观记忆”就会产生，并且一代传给一代，永久沉默这一基因。

　　这种与RNAi相关的现象被称为RNAe(RNA诱导表观沉默，RNA-induced epigenetic silencing)，其一个显著特点就是动物体携带有之前基因表达的记忆。这种活性基因的记忆可以作为一种“反沉默(anti-silencing)” 信号，保护机体本身产生的基因不受到RNAe的影响，在某些情况下，将外来基因作为自身基因。

　　这些发现将公布在7月6日的Cell杂志上，有助于研究人员了解具有相同DNA序列的相同生物，为什么会发生相反的基因表达表示，产生极大差异的表型。

　　“如果说一个线虫会由于带有这种由上一代遗留下来的基因记忆，调整了其基因表达，那么也许其它生物(包括人在内)也具有相同的作用。如果是这样的话，这种机制就会对进化产生巨大的影响”，霍德华休斯医学院Craig C. Mello研究员说，“RNAe机制加速遗传表型变异(无需DNA突变)，从而加速了进化的步伐。越来越多的证据表明许多生物能追踪基因表达模式，表观应答。我们的发现将这一基因表达程序识别和记忆过程提高到了一个全新的更加复杂的水平。”

　　研究人员发现，当编码绿色荧光蛋白GFP的外来DNA片段，插入到一种线虫体内的时候，有些线虫就会沉默这些新入侵的DNA，而有些线虫则会表达 GFP基因。之后研究人员深入分析了RNAi在决策沉默还是表达GFP方面的作用，在RNAi相关现象中，一种蛋白：Argonaute会与小分子 RNAs相互作用，利用它们作为识别靶标核苷酸的遗传标记。

　　根据这些发现，研究人员提出一个包含有三个独立Argonaute系统的模型，这些系统能共同扫描，识别和沉默外来DNA，同时保护正常基因的表达。其中一个能结合在piRNA上的Argonaute蛋白――PRG-1 (Piwi)负责扫描离开细胞核的RNA分子，分析这些分子是属于机体本身，还是外来入侵。如果PRG-1和其piRNAs辅因子识别出一个外来序列，那么就会启动，或者说激活第二个Argonaute系统，就是WAGO系统，导致这一遗传物质被关闭，不会被表达。

　　一旦DNA片段被识别出是外来序列，并被沉默，那么一个表观记忆就形成了，这个外来基因就会被一代又一代的沉默。虽然这种记忆遗传机制还需要进一步的探索，但是研究人员认为，几代线虫的研究表明这一外来基因无法表达，即使是相应的piRNA不存在的时候也是。

　　“这似乎说明了piRNAs的功能是启动扫描，识别外来核苷酸”，文章作者之一，分子医学助理教授Darryl Conte Jr.博士说，“因为连续传代中外来DNA被沉默了，所以即使没有piRNA的线虫，沉默的信号也通过表观遗传传递了下来，不再需要之前的piRNA复合物的扫描了。”

　　piRNA来自基因组聚集区域，是种类多样，丰富的小分子非编码RNA，在哺乳动物中更是有百万种。在大多数线虫中piRNAs，以及哺乳动物中的许多piRNAs都缺失明显的互补靶标，功能并不清楚。有可能piRNAs的作用是一种遗传保护体系，利用不完全配对的碱基对，帮助识别外来核苷酸，Conte博士说。

　　那么阻止piRNAs识别和永久沉默线虫本身基因的机制又是什么呢?值得注意的是，研究人员发现这种“自我”转录本有时会受到保护，无法进入 WAGO系统，一些活性基因实际上确实能打开沉默基因。由于自我转录是与第三种Argonaute系统――CSR-1联系在一起的，因此研究人员认为，CSR-1也许提供了一种反沉默，或者保护功能，这能帮助线虫识别自己的基因，进行表达。

　　“这是这些研究中真正独特的发现之一”，Conte博士说，“之前，我们知道RNAi过程能用于调控基因，或者完全关闭基因。而这项研究中，我们发现的是一种通过piRNA途径，保护基因不被沉默的RNAi机制，这种机制能作为一种保护形式，让基因得以表达。”

　　“总而言之，这些研究提出了一种小分子RNA系统在表观遗传过程中，令人惊讶的复杂作用”，Mellon教授说，“这表明了piRNAs能不断扫描生殖细胞中的所有表达的基因，不断的将每个序列，与之前基因表达记忆进行比对。当找到外来基因的时候，这个新型表观遗传信息就会被传递给下一代。反过来说，如果偶然有新基因被随机表达，那么这个活性状态也会被作为一种稳定的表观遗传记忆，被传递给下一代，因此机体就能有效的将外来基因融入自身基因了。”