2 piRNA作用途径中的蛋白质因子
最近在生殖系细胞中发现了一类新的小RNA，因它们特异性地与Ago家族的PIWI亚家族蛋白质相互作用，被命名为piwi-RNA，简称piRNA[32-36]。 piRNA与siRNA/miRNA有许多不同之处：(1) piRNA 与PIWI 亚家族蛋白质相互作用，而siRNA/miRNA 与Ago亚家族蛋白质相互作用；(2) siRNA/miRNA的生物合成必需RNase III 家族酶，而piRNA 的生物合成可能需要PIWI亚家族蛋白质[37-39]; (3) piRNA长度为24 － 31nt，稍长于22 nt 的miRNA/siRNA；(4) piRNA 有超过50 000 种，而miRNA 只有数百种； (5) 大多数piRNA序列起源于基因组上20－90 kb长度的DNA链，每条DNA链可能代表一个长的piRNA 前体，常见DNA 双链被双向不重叠的转录，生成 2 个piRNA长链前体，而siRNA和miRNA分别从双链和短发夹结构RNA前体衍生[40-44]; (6) 除了基因沉默的负调控效应外，部分piRNA可能还有正调控效应，如增加mRNA 的稳定性和翻译[42]。
2.1 PIWI亚家族蛋白质与piRNA的生成 piRNA是怎样生成的？证据表明，piRNA 的生成与Dicer 无关[34]。它们可能是由某种核酸内切酶从长的单链RNA前体加工生成。推测果蝇的Piwi、Aub 和Ago3可能就是这样的核酸内切酶，因为它们具有剪切RNA 的活性[37-39]。
从转座子衍生的piRNA 可能通过一种“乒乓”机制生成[38,39]。比较果蝇的Ago3-piRNA、AubpiRNA和Piwi-piRNA序列发现：Aub-piRNA和PiwipiRNA主要来自转座子DNA反义链，而Ago3-piRNA 主要来自正义链；许多Ago3-piRNA 5' 端的10 nt 序列与Aub- 或Piwi-piRNA的5' 端10 nt 序列正好互补配对，Aub-piRNA和Piwi-piRNA的5'末端碱基偏爱 U，而Ago3-piRNA 的第10 位碱基偏爱A。由此推测，P IWI 亚家族蛋白质可能也有类似Ago2 的 RNaseH 活性，受向导piRNA 的指导，在对应于 piRNA 5' 的第10 和11 位核苷酸剪切靶RNA链，产生一个新piRNA的5' 端序列，也就是，Ago3-piRNA 复合物切割靶RNA产生Aub-piRNA和Piwi-piRNA的 5' 端，而Aub-piRNA 或Piwi-piRNA 复合物切割靶 RNA 产生Ago3-piRNA 的5' 端。这个过程不仅连续制造新的piRNA，还不断破坏从自在基因转录的靶 RNA。哺乳动物和鱼的piRNA可能也通过类似的机制生成[41,43].
piRNA偶联蛋白质的已知功能也是预测其功能的重要线索。Piwi 和Aub 是表观遗传学调控因子，参与异染色质形成[48];Piwi 与PcG (Polycomb group) 蛋白质共结合于基因组PcG 应答元件上，调控PcG 靶染色质的核内组织，协助PcG沉默同源异型基因[49]。在果蝇雄性生殖细胞系中，Piwi 防止逆转座子转位[50]。而Piwi 的鼠同源物Miwi，可增加靶mRNA 的稳定性，可能对翻译有促进作用[42]。协同于这些蛋白质的功能，piRNA 可能参与表观遗传学调控、基因转位抑制、转录后调控等。
总之，piRNA的发现揭示了生殖系细胞中一类新层面的基因表达调控，对其生成及作用机制、生物学功能的研究将加深我们对精子和卵子形成过程的了解。
3 小RNA与异染色质的形成
小RNA对着丝粒异染色质的形成和维持至关重要[51]。在裂殖酵母、植物和果蝇的细胞核内都发现了一种类似miRNA 的小分子RNA，它们与异染色质的形成密切相关，被命名为异染色质相关小RNA (heterochromatin associated small RNAs，hsRNA)[52]。它们通过RNA诱导基因转录起始沉默复合物(RNAinduced initiation of transcriptional gene silencing， RITS)，参与组蛋白甲基化修饰，促成异染色质形成，在转录水平关闭基因表达。RITS 复合物由 Ago1、染色质结构域蛋白Chp1 及Tas3 等蛋白质组成，Tas3 结合活性基因ura4+ 转录的RNA，沉默 ura4+ 表达，起始异染色质形成 [52,53]。
在裂殖酵母中建立了RITS 作用模型[27,52-55]: hsRNA指导RITS复合物将依赖RNA的RNA聚合酶 ( R dRP) 招募到新转录的RNA 上，将其转化成 dsRNA。裂殖酵母的Dicer —— Dcr1，与RdRP 复合物发生直接偶联，将新生成的dsRNA裁剪为与转录位点互补的小RNA[56]。这些新生成的小RNA 装配到RITS 中，引发新转录RNA 的降解，同时指导沉默因子Rik1招募组蛋白甲基转移酶Clr4到染色体的特定位点，接着Clr4 促使H3(histone-3)的K9 甲基化，这一修饰为克罗莫结构域蛋白质，如Swi6、 Chp1 和Chp2 (HP1 相关蛋白)等创造结合位点，招募更多其他蛋白质，从而启动异染色质形成，使基因沉默进一步扩大。
在异染色质重复区，位于启动子下游的基因被沉默的效率要高于位于上游的基因，说明转录促进沉默作用[54,55]。在裂殖酵母中，RNAi 通路为异染色质型沉默插入着丝粒重复区的转基因所必需。证据表明，在着丝粒重复区位点插入的转基因，从中转录生成的RNA可直接被RNAi 加工成siRNA，进而参与转基因的异染色质沉默[57]。
