成千上万的短RNA分子与不同基因序列作为保安识别和沉默试图入侵基因组,如DNA插入由病毒或寄生虫元素称为转座子。

这些不同,小RNA分子,称为Piwi-interacting RNA(piRNAs)是由各种动物,昆虫和蠕虫哺乳动物比如老鼠和人类。在2月2日发表在《科学》杂志上的一项新研究,芝加哥大学的研究人员描述piRNAs找到外国基因序列的沉默。他们也表明内生或“自我”基因组中基因的归宿认为自己以避免这个额外的审查。

“几乎每一个动物有这些小分子rna,并使用它们作为指导寻找目标序列和沉默,“Heng-Chi Lee说,博士,分子遗传学和细胞生物学助理教授UChicago和新研究的资深作者。“直到现在,是相当神秘的功能是什么,以及为什么有那么多的不同的基因序列。”

一个数据库的嫌疑人

作为信使RNA进行指令编码的DNA产生蛋白质在体内执行必要的功能。在新的研究中,李和他的同事研究了piRNAs细胞的生殖系统产生的线虫,秀丽隐杆线虫,一个经典的模式生物研究科学家理解基本的生物过程。

Piwi-interacting RNA是一种小分子RNA,与所谓的Argonaute机械在寻找目标细胞RNA和关闭它。RNA是建立具有相同的核苷酸链镜像DNA序列,用同样的熟悉,C、G,U刻字。一些小型rna需要确切地匹配目标序列识别他们,像一个保安寻找一个特定的人。其他小分子rna可以用部分匹配标记基因,更像寻找嫌疑人基于一个通用描述。

科学家还没有确定如何piRNAs找到他们的目标,部分原因是有很多的。李的线虫的研究,例如,有15000多个piRNAs与不同的核苷酸序列。他想知道,为什么有那么多又有什么用呢?

“这真是不清楚为什么细胞产生很多piRNAs。他们是如此不同,很难知道哪个目标rna识别。太复杂的关系,”李说。

当匹威承认他们的目标,他们招聘一系列更小的二级rna序列对应目标站点,标记它为关注的一种方式。知道了这一点,李和他的团队创造了一种合成piRNA序列不存在在它创建的蠕虫和跟踪标记。然后,通过检查序列合成piRNA明显不同,他们可以追溯出它找到一个匹配的逻辑。

事实证明piRNAs需要一个相当密切匹配序列的一部分,但他们可以容忍一些不匹配。它似乎也有很多未配对匹威蠕虫,因为它给了他们一个工具箱的许多可能的序列组合,他们可能需要确定外国rna和关闭它们。而不是保安寻找一个特定的人,或那些看起来是这样的人,他们有一个整体��数据库可能的嫌疑人可以追踪。

避免假阳性

但是他们如何避免假阳性,或错误地识别内源性“自我”基因属于那里?为了找到答案,李和他的同事设计更多piRNAs能认出几个著名的基因属于线虫基因组。但是这组piRNAs没有沉默或影响内源性基因的功能,这意味着他们在某种程度上抵抗。

研究人员还发现,许多内源性基因,有额外的重复部分和T核苷酸的他们标记为“自我”,而不是外国。这个许可信号作为凭据来识别基因,护照给piRNA系统。

“我们证明了内源性基因能够抵抗piRNA系统许可制度,这是很酷的,”李说。“他们所要做的是马克自己的‘自我’的信号。”

这项研究揭示了一个基本机制,动物会影响生育。先前的研究已经表明,如果匹威发展的基因突变,piRNA系统故障。然后,如果病毒或转座子将外源DNA元素注入到生殖细胞系,或生殖细胞产生卵子和精子,piRNAs没有检测和沉默。这些未被发现的变化会导致不孕和生殖系统中的其他问题。

一个实际的障碍,多年来一直闹鬼的生物学家

研究还解决了技术问题,阻碍了秀丽隐杆线虫科学家几十年了。当研究者想研究一个特定的基因,他们经常进行细微修改所以产生荧光的特殊蛋白质标记可以附加到他们感兴趣的基因产生的蛋白质。这个作品在大多数类型的细胞,但在种系,piRNA系统点的基因变化和关闭了生产荧光标记。

李和他的团队展示了科学家可以防止这种情况的发生。通过编辑的网站被piRNAs就够了,他们找不到他们了,但基因仍将功能相同的方式。研究人员也可以插入同一self-licensing信号非编码的DNA片段,使变化似乎属于内生基因。这些技术将有助于科学家们使用CRISPR-Cas9生殖细胞系基因编辑系统来跟踪变化。

“当我第一次提出这个的一个会议上,我的演讲后我被喜欢30科学家寻求帮助,这样他们就可以使用我们的算法在生殖细胞研究自己喜欢的目标,”李说。“它解决了一个非常实际的障碍闹鬼的秀丽隐杆线虫生物学家在过去的20年。”