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piRNA（PIWI-Interacting RNA）是一類與PIWI蛋白相互作用的非編碼小RNA，在轉(zhuǎn)座子沉默和基因表達(dá)調(diào)控等方面起到重要作用；了解piRNA的生成機(jī)制對于認(rèn)知piRNA以及其生物學(xué)功能具有重要意義。2019年光壽紅課題組與許超課題組合作，在《Cell Reports》發(fā)表了參與piRNA生成以及染色體分離過程的復(fù)合物（PICS）的相關(guān)研究論文。

近日，中國科大許超教授與光壽紅/馮雪竹教授課題組合作，在Nature Communications發(fā)表了題為“Molecular basis for PICS-mediated piRNA biogenesis and cell division”的文章。該研究通過解析線蟲PICS復(fù)合物中多個(gè)亞復(fù)合物結(jié)構(gòu)，包括PICS-1RRM/TOFU-6RRM，PICS1180-200/ERH-2，TOST-134-54/ERH-2的結(jié)構(gòu)，揭示了PICS是由TOFU-6、PICS-1、ERH-2以及PID-1或TOST-1四個(gè)亞基以2:2:2:2形成的八聚體。其中PICS-1 RRM結(jié)構(gòu)域二聚化后同時(shí)結(jié)合兩個(gè)TOFU-6 RRM結(jié)構(gòu)域，而PICS-1二聚體和ERH-2二聚體形成四聚體，因而形成TOFU-6/PICS-1/ERH-2六聚體。兩個(gè)PID-1或TOST-1分子通過結(jié)合ERH-2二聚體而加入PICS，就形成了PICS 八聚體，該結(jié)論受到體外體外生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，同時(shí)突變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PICS亞基相互作用界面殘基對于復(fù)合物形成具有重要作用。

PICS中3個(gè)亞復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。a、PICS-1RRM與TOFU-6RRM的異四聚體結(jié)構(gòu)；b、ERH-2與PICS-1EBM的已四聚體結(jié)構(gòu)；c、ERH-2與TOST-134-54的異四聚體結(jié)構(gòu)；

進(jìn)一步的，通過遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析及突變實(shí)驗(yàn)獲得的PICS復(fù)合物重要界面氨基酸突變，發(fā)現(xiàn)PICS復(fù)合物各亞基之間細(xì)胞內(nèi)定位互相依賴。而PICS復(fù)合物組成缺陷，不但影響復(fù)合物形成及其細(xì)胞內(nèi)granule定位，還降低了成熟的piRNA水平并導(dǎo)致有絲分裂及染色體分離異常。本研究綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)，生物化學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)及遺傳學(xué)手段，闡明了線蟲中重要因子各自通過結(jié)合PICS復(fù)合物而實(shí)現(xiàn)對其精確時(shí)空調(diào)控，使PICS復(fù)合物通過接納不同亞基以適應(yīng)不同細(xì)胞內(nèi)功能的機(jī)理。

a、 PICS復(fù)合物亞基相互作用網(wǎng)絡(luò)圖；b、PICS復(fù)合物作用模型。

我校生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部的許超教授，光壽紅教授和馮雪竹教授為該文章共同通訊作者。許超課題組王小洋、廖善暉和光壽紅課題組的曾陳明為該論文共同第一作者。研究過程中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚雪彪教授、涂曉明副教授、朱中良副教授、張家海工程師等給予了協(xié)作與支持。該研究得到了無膜細(xì)胞器與細(xì)胞動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微尺度國家研究中心、自然科學(xué)基金委以及中科院的資助。

文章鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-021-25896-7

（生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、科研部）