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Nature Reviews Genetics 小RNA对表观遗传的作用

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发表于 2016.5.3 22:42:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
周老师将跟大家讨论小RNA对表观遗传的作用。首先抛出两个问题:

1.拉马克的“用进废退”学说越来越被认为是有科学依据的。
2.提到小RNA测序,绝大部分时候,我们脑海中略过的就是miRNA表达以及对靶基因的沉默。



以上两点问题,看似没有任何关联。但是如果阅读了今天的推荐这篇综述,你将会发现small RNA在生物体内的功能比我们目前了解的要丰富很多,或许都可以上升到进化层面的问题[1]。

我们分享了的运动导致人类腿部肌肉DNA甲基化水平的改变(戳这里查看~),其中有位网友的回复就颇具深度:“你这篇文章一定程度上支持了拉马克的用进废退,如果能继续跟踪这些受训练人员的后代,结合siRNA分析可能会得到一些表观遗传上的暗示。在植物中还是有这样的例子,不知道动物会不会找到这样的证据。因为在动物的精细胞和卵细胞发育中发生了表观擦除和重排。”非常有想象力的实验设计!所以网友有任何奇妙的idea的话,非常欢迎回复讨论,让大家科研设计的思路一起脑洞大开。

这就引出了一个问题了:动植物的表观修饰多大程度上受到小RNA调控的影响,这种影响是否是可遗传的?

在之前的文章中,我们就提到过相关的问题。

在上上期的综述分享(戳这里查看~)中,我们提到siRNA在植物中会介导DNA的甲基化。在植物种子发育过程中,siRNA在胚乳中被合成,然后被转移到胚组织中来协助完成DNA甲基化。而在另外一期分享的微信文章“2篇文献揭示甲基化调控的新方式”(戳这里查看~)中,作者发现玉米发育阶段的种子中,siRNA的表达量显著与其靶向位点的甲基化率(尤其CHH的甲基化率)呈现正相关。而在我们基迪奥分析的项目中也发现,在其他植物种子发育过程中siRNA对甲基化水平的调控也起着非常重要的作用。

以上都是一些植物的例子,但在本次分享的综述上你将会发现在动物中也有类似的效应。

所以如果你是研究发育的老师,还认为小RNA测序仅仅是miRNA以及仅仅是靶向转录本,那就out了。今天分享的这篇综述主要介绍了两种小RNA——siRNA和piRNA在动植物发育过程如何参与了基因组的修饰(DNA甲基化和组蛋白甲基化),从而对个体产生巨大影响,而且这种影响是可遗传的。比如文中提到一个案例,将秀丽隐杆线虫暴露在双链RNA中,将产生大量相应的siRNA并导致其靶向位点出现组蛋白H3K9的甲基化,而这种变化会遗传多代。而且在后代中siRNA的出现早于H3K9的甲基化,这意味这种可遗传的表观修饰是通过siRNA来传递的[2]。

看来服用合适的siRNA、piRNA口服液,说不定可以强身健体,还可以优生优育呢。




以下是这篇综述的introduction和目录:

===============================
Introduction



自从在秀丽隐杆线虫和植物中发现双链RNA(dsRNAs)可以起到基因沉默作用,RNA干扰(RNAi)已经成为表观研究的一个新的领域。大家最熟知的作用方式,应该是短链反向互补小RNA通过抑制翻译或降解mRNA起到基因沉默作用。这种基因沉默的生物功能十分多样,包括抵御病毒感染、阻止转座子的迁移和调控内源基因表达。一共有三种类型的小RNA参与这样的过程,包括miRNA、siRNA和PiRNA(在哺乳动物生殖细胞中抑制逆转座子的转移)。人们习惯于使用RNAi泛指siRNA相关的通路,虽然实际上这个通路包含非常丰富的信息。因此,在这篇review中我们也使用RNAi这个概念来泛指任何依赖小RNA的沉默调控。

在植物和真菌中,siRNA通过介导DNA甲基化或组蛋白修饰来起到转录前调控的作用。最初人们认为在多细胞动物中不存在这样的机制,但近来的研究表明在多细胞动物也存在类似的通路。这些发现说明了RNAi介导的基因沉默在物种间是保守的。因为这些依赖内源小RNA的调控往往发生在生殖细胞中,因此这类染色质水平的调控是可遗传的。(周老师:这些小RNA导致的染色质调控是可以遗传了,某种程度上证明了“拉马克”的“用进废退”学说是有科学依据的。)这类可遗传的表观调控在植物中是大家熟悉的,但在动物中则刚刚有相关报道。

在这篇综述中,我们将详细描述在不同物种中已经报道的细胞核内的RNAi通路,因此读者可以从中了解这些通路在物种间的保守性,同时也能比较它们间的不同。当然,在这里我们也只是简要描述这些通路的过程,如果读者感兴趣则可以进一步从其他文献中深入了解这些过程。我们探讨的重点是siRNA和piRNA代谢通路,因为目前对它们在细胞核内的作用研究最为深入。

在综述的第一部分,我们将概述不同类型小RNA在生物体内的生成过程,主要集中论述这些过程的亚细胞位置。在下一部分,我们将重点介绍细胞核小RNA的生物学功能,包括转座子调控,表观遗传,发育阶段调控等。这些调控机制在模式生物中已经被深入研究,但在其他物种中的报道还极少。由于这些通路的保守性,模式生物的研究结果可以作为其他非模式物种的参考。最后,我们展望核小RNA的一些新的潜在功能,包括维持基因组稳定和DNA修复。


综述目录:

Biogenesisof nuclear small RNAs         siRNA biogenesis.
         piRNA biogenesis.
Mechanismsof nuclear RNAi
       Nuclear RNAi in S.pombe: TGS.
       Nuclear RNAi in S.pombe: CTGS
       RNA-directed DNA methylation in A. thaliana
NuclearRNAi in the germ line
       Germline nuclear RNAi in A.thaliana.
       The D. melanogaster piRNApathway
       The mouse piRNA pathway
       Germline nuclear RNAi in C.elegans
NuclearRNAi in genome maintenance and repair
         Chromosome structure and function
         Targeted genome eliminationConclusions


参考文献:[1] Castel S E, Martienssen R A. RNAinterference in the nucleus: roles for small RNAs in transcription, epigeneticsand beyond[J]. Nature Reviews Genetics, 2013, 14(2): 100-112.[2] Burton N O, Burkhart K B, Kennedy S.Nuclear RNAi maintains heritable gene silencing in Caenorhabditis elegans[J].Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(49): 19683-19688.
研究发育方面的老师,建议下载这篇综述来阅读,或许能对你的研究有所启发。



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中华鲟

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很好,感谢分享
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中华鲟

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钵水母

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太棒了了
红红火火恍恍惚惚
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