生命科学Chinese Bulletin of Life Sciences第22卷 第4期2010年4月Vol. 22, No. 4Apr., 2010文章编号 ：1004-0374(2010)04-0331-07收稿日期：2009-10-13；修回日期：2009-11-11基金项目：山东省自然科学基金项目(Y2008D36)通讯作者：Email: xiezhh6823@小RNAs 在沉默转座因子中的作用谢兆辉(德州学院生物系，德州253023)摘 要：在很多生物基因组中都存在D N A 成分的转座序列，它们能够转座到基因组的很多位点，对基因组造成很大的危害，如破坏编码基因、改变基因表达的调节网络、使染色体断裂或造成大范围基因重排等。
真核生物已经进化出了多种机制来控制这些寄生核酸序列造成的损伤，以维持基因组完整性。
虽然这些机制在不同生物中有些差异，但其中一种主要的机制是通过小R N A s 介导的，这些小R N A s 包括小干扰R N A s 、p i w i 相互作用的小R N A s 、微小R N A s 、扫描R N A s 和21U -R N A s 等。
这些小R N A s 可以通过D N A 水平剪切转座序列，或在转录和(或)转录后水平沉默转座成分。
该文就这些小R N A s 沉默转座成分的机制和功能做一论述。
关键词：转座成分；小干扰R N A s ；p i w i 相互作用的小R N A s ；微小R N A s ；扫描R N A s ；21U -R N A s 中图分类号：Q 522.2；Q 78 文献标识码：AThe role of small RNAs in silencing transposable elementsXIE Zhao-hui(Department of Biology, Dezhou University, Dezhou 253023, China)Abstract: Transposable elements (TEs) are DNA elements found in the genomes of various organisms. However,due to their ability to transpose into virtually any locus, TEs have the ability to generate deleterious damages in the host genome, such as disrupting protein-coding genes, altering transcriptional regulatory networks and causing chromosomal breakage or large-scale genomic rearrangement. Eukaryotes has evolved multiple silenc-ing mechanisms as a defense strategy against these parasitic nucleic acids to protect genomic integrity. Al-though the strategies used in different organisms vary in their details, a major system that controls the activity of TEs, is mediated by small RNAs, including siRNAs, piRNAs, miRNAs, scanRNAs and 21U-RNAs. These small RNAs can tame TEs through eliminating TE sequences or silencing them in transcriptional and/or post-transcriptional level. The functions and the mechanisms of these small RNAs in the ongoing struggle against TEs, were discussed in the following review.Key words: transposable element; siRNA; piRNA; miRNA; scanRNAs; 21U-RNAs基因组可以产生多种小R N A s ，如微小R N A s (miRNAs)、与Piwi 蛋白相互作用的RNAs (piRNAs)和小干扰RNAs (siRNAs)。
其中siRNAs 又可分为反式作用siRNAs (ta-siRNAs)、天然反义转录siRNAs (nat-siRNA)、异染色质siRNAs (hc-siRNAs)、长小片段干扰RNAs (lsiRNAs)等很多亚类。
除此之外，其他生物中还发现了一些独特的小RN As ，如线虫的21U-RNAs 和纤毛虫类的扫描RNAs (scanRNAs，scnRNAs)。
这些小RNAs 的产生和作用机制通常包括三个过程：(1)形成小RNAs 前体。
这些前体可以是单链RNAs、双链RNAs (dsRNAs)或发夹结构RNAs(hpRNAs)。
(2)小RNAs 前体剪切成小RNAs。
这个过程一类依赖Dicer，另一类不依赖Dicer。
(3)小RNAs招募Argonaute (Ago)类蛋白形成复合体，发332生命科学第22卷挥调节基因表达作用。
这些小RNAs的功能几乎涉及所有的生命活动过程：如细胞的分化和死亡、生物的发育和代谢调节、胁迫反应、沉默转座因子(transposable elements, TEs)和抗病毒等。
而蛇或蜂中小RNAs还可以作为攻击或捕食的武器[1]。
TEs几乎存在于所有生物，但其丰度差异很大，酿酒酵母基因组中TEs只有3%，人类和玉米的TEs则分别占到基因组的50%和80%。
很多基因组还可以容许少量TEs的表达，像一些长散布重复元件-1 (LINE-1)和短散布元件序列(SINE)，但大多数TEs的活性受到严格的调控。
小RNAs在沉默TEs方面具有重要的作用，它们可以在多个水平沉默TEs，如DNA水平指导TEs序列的切除，转录水平抑制其转录，转录后水平剪切其转录物或抑制其翻译等。
本文就小RNAs沉默TEs的作用和机制做一概述。
1 siRNAs沉默TEs的作用1.1 酵母siRNAs沉默TEs作用酵母主要通过siRNAs指导染色质组蛋白甲基化，并引发异染色质形成沉默TEs，这个过程需要RNA诱导的转录沉默复合体(RNA-induced transcrip-tional silencing, RITS)和RNA聚合酶 (RDRP)复合体(RDRC)。
在细胞分裂的S期，RNA聚合酶II (PolII)的原始转录物被R I T S剪切后，由R D R C复制成dsRNAs，并被Dicer-1剪切成siRNAs。
siRNAs和相关蛋白质组装新的RITS，剪切PolII转录物并招募甲基转移酶Clr4等，使组蛋白H3的9位赖氨酸甲基化(H3K9me)，后RDRC掺入进入下一轮循环[2, 3]。
H3K9me是染色质异染色质化的一个重要特点，在真菌、植物和动物中非常保守。
除此之外，酵母siRNAs也可能由双向转录形成的dsRNAs或hpRNAs 剪切而来。
1.2 植物siRNAs沉默TEs作用植物siRNAs不仅指导组蛋白甲基化，而且也指导DNA甲基化，从而引发异染色质形成沉默TEs。
拟南芥siRNAs可能引发了其大约30%的胞嘧啶甲基化，尤其在TEs序列[4]。
siRNAs指导甲基化的过程需要植物特有的一种RNA聚合酶——RNA聚合酶IV (Pol IV)，Pol IV有两种活性形式：PolIVa和PolIVb (有时称为Pol IV或Pol V)，主要区别在它们的最大亚基NRPD1a和NRPD1b。
编码Pol IVa和Pol IVb 部分亚基的基因与PolII的部分亚基基因是旁系同源基因或相同，说明这三种酶属同一类。
而前者在进化过程中获得了特殊的功能，可以形成siRNAs沉默TEs或沉默其他重复序列[5]。
NRPD1a和NRPD1b与PolI、PolII和PolIII在活性中心附近的结构差异很大，使它们可以利用异常的模版，如d s R N A s。
PolIVa 和PolIVb结合镁离子的结构域没有变化，因为这个结构域对siRNAs合成、siRNAs指导DNA甲基化和沉默转座子都具有重要作用[6]。
植物中与TEs、5S rDNA和着丝粒重复序列有关的siRNAs，常被称为hc-siRNAs，或重复相关的小干扰RNAs (ra-siRNAs)，其作用机制是： PolII 或PolIVa转录的异常RNAs被AGO4剪切，其中一个片段由RDR2或者PolIVa复制成dsRNAs，异常的RNAs有时也可以不经剪切直接被转录成dsRNAs。
以后dsRNAs被DCL3剪切成24nt-siRNAs，并和A G O4及N R P D1b形成复合物进入核质，再结合NRPD2a、DRM2 和DRD1，对靶位点的胞嘧啶进行甲基化。
这个过程中Pol IVa 还可以利用dsRNAs为模板，合成新RNAs，使siRNAs 的产生形成一个回路并放大[7, 8]。
另外，Pol IVa的转录模板可以是甲基化的DNA，也可以是靶位点正在转录的RNA[9, 10]。
s i R N A s还可以由双向转录形成的d s R N A s，或hpRNAs剪切形成[4]，如玉米MuDR TIR类转座子的沉默，就是hpRNAs产生的siRNAs导致[11]。
有些siRNAs积累并不需要PolIVb，但它们在沉默TEs中相互合作[12]。
植物siRNAs不仅指导甲基化，而且也可以指导脱甲基化，需要两种Pol IV的异构体，揭示Pol IVb产生siRNAs的作用与染色质修饰的作用相比是次要的[13]。
最近，在拟南芥中又发现了一种新组分——R DM2，它可以与N RP D1a和N R P D1b 组成复合体，引发植物染色体甲基化，推测这是植物siRNAs指导DNA甲基化的一种新机制[14]。
1.3 果蝇和哺乳动物内源siRNAs (endo-siRNAs)沉默TEs的作用由于siRNAs合成往往需要RDRP，而RDRP只存在于植物、真菌和少数动物，大部分动物缺乏这种酶，所以siRNAs在动物中发现较晚，只是近来才发现。