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PiRNA 研究进展非编码小RNA在正常的生物学过程和人类疾病中均有重要作用（Esteller, M et al., 2011），主要包括microRNAs（miRNA）、short-interfering RNAs （siRNA）和PIWI-interacting RNAs（piRNA）。
piRNA的发现得益于PIWI蛋白家族的研究，这种蛋白是动物繁衍后代所必须的。
目前，保守估计真核生物基因组上大约具有20,000个piRNA（Moyano, M et al., 2015）。
piRNA首次在果蝇的睾丸中被鉴定为一种新的长的siRNA( long siRNA)，可以沉默位于果蝇X染色体上的多拷贝基因Stellate (Arvain et al, 2001)。
后因与Argonaute蛋白家族亚族PIWI相结合发挥作用而得名，由Arvain等采用层析柱法从小鼠睾丸细胞中分离得到(Arvain et al, 2006)。
PiRNA是一类片段大小在26-31nt单链小RNA，大部分集中在29-30nt，5’端具有强烈的单磷酸尿嘧啶核苷酸倾向性，3’端（2ʹ-O- methyl）进行了甲基化修饰（Kirino et al., 2007）(Fig 1)。
Fig 1 structure of piRNApiRNA 生成机制研究进展已研究的大部分物种中，基因组上散在分布的基因座产生了绝大部分的piRNA，这些基因座被称为piRNA簇（piRNA cluster）。
PiRNA 簇根据能否从基因组上的两条链或一条链产生piRNA而分为双链簇和单链簇。
单链簇piRNA 是分布最广泛的也是默认的类型。
单链簇转录生成piRNA前体与经典的转录途径事实上是难以区分的，基于二者都具有以下几个转录特点：（1）启动子区域都有H3K4me2 (histon 3 lysin 4 dimethylation )标志；（2）转录由RNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ）负责；（3）经典的RNA转录后加工（5’端帽子修饰、剪切、多聚腺苷酸修饰）（Goriaux C et al., 2014）。
生物技术进展2022年第12卷第3期325~331Current BiotechnologyISSN 2095‑2341进展评述ReviewsPRNs 基因家族研究进展樊锦瑞，王磊，邹俊杰*中国农业科学院生物技术研究所，北京100081摘要：Pirins （简称PRNs 、PIRs ）是含有Cupin 结构域的基因家族，属于功能各异的Cupin 超家族成员之一。
PRN 蛋白的N 端结构域含有金属离子结合位点，在原核和真核生物中高度保守。
人hPRN 可作为转录因子辅因子和氧化还原感受器参与癌症发生过程，是癌症治疗的潜在靶点。
植物PRNs 基因家族一般含有多个成员，其生物学功能尚未得到深入研究。
概述了PRNs 蛋白的基本结构及其生化特征，并综述了PRNs 在人、微生物和植物中的生物学功能，以期为进一步解析水稻等作物中PRNs 的功能提供一定线索，并为基因编辑等生物育种技术改良作物提供新的靶点。
关键词：PRNs 基因家族；金属离子；转录因子辅因子；氧化还原感受器；靶点DOI ：10.19586/j.2095⁃2341.2021.190中图分类号：Q501文献标志码：AResearch Progress on PRNs Gene FamilyFAN Jinrui ，WANG Lei ，ZOU Junjie *Biotechnology Research Institute ，Chinese Academy of Agricultural Sciences ，Beijing 100081，ChinaAbstract ：Pirins （PRNs ，PIRs ）are gene family containing cupin domain and belong to the functionally diversity cupin superfamily.The N -terminal domain of PRN contains a metal -ion binding site ，which is highly conserved in prokaryotes and eukaryotes.Human hPRN could participate in cancer development as transcriptional regulator and redox sensor ，suggesting that hPRN is a potential therapeutic target.In plants ，there are several members in PRNs gene family ，whereas their biological func‐tions remain largely unknown.This paper outlined the basic structure and biochemical characteristic of PRNs ，and reviewed the biological research progresses in human ，microorganism and plants ，in order to provide clues to clarify the PRNs molecular mechanism of crop such as rice ，and provide target genes for the genetic improvement of crops production or adapation by gene editing and other molecular breeding techniques.Key words ：PRNs gene family ；metal ions ；transcriptional regulator ；redox sensor ；targetPirin （PRN 、PIR ）蛋白在人类中最初是通过酵母双杂交筛选发现的，其与转录因子NFI/CTF1（nuclear factor I/CCAAT box transcription factor ）相互作用，发挥相关功能［1］。
文献解读PiRNApiwi复合物在癌症中的新作用论文：The emerging role of the piRNA/piwi complex in cancer（PiRNA/piwi复合物在癌症中的新作用）摘要Piwi相互作用RNA(PiRNAs)是一种长度约为24-31个核苷酸的新型非编码RNA分子，常与皮维蛋白家族成员结合，发挥调节作用。
最近，新的证据表明，除了哺乳动物的生殖细胞外，pRNAs也以一种组织特异性的方式在多种人类组织中表达，并在转录或转录后水平上调节关键的信号通路。
此外，越来越多的研究表明，在各种癌症中异常表达的pRNA和PIWI蛋白可能成为肿瘤诊断和治疗的新的生物标志物和治疗靶点。
然而，pRNAs在癌症中的作用及其潜在机制尚不完全清楚。
在本文中，我们讨论了有关pRNA生物遗传过程、功能和在癌症中新出现的角色的最新发现，为pRNAs和piwi蛋白在癌症诊断和临床治疗中的潜在应用提供了新的见解。
PRNA簇的转录一大部分可以唯一定位的pRNAs来自两种类型(高达200 kb)的基因组位点，称为piRNA簇。
与编码基因类似，单链簇含有PolⅡSer5P和H3K4me2标记的启动子，它们通过rna聚合酶II产生转录本，而RNA聚合酶II通过RNA聚合酶II完成5-末端盖层、3-末端多腺苷化和有时选择性剪接。
相反，双链簇是从两个基因组链中转录出来的，依赖于附近编码基因的启动子来启动转录，而不是经过相应的处理。
piwi蛋白在肿瘤中的作用及机制a。
在TGS水平上，pRNA-蛋白质复合物吸收沉默的机械成分，将抑制性H3K9me3标记引入到目标DNA体内，并从启动子区域去除活性H3K4me2标记。
此外，pRNAs/piwi复合物还会使DNMT基因在CpG位点发生甲基化。
b。
在PTGS水平上，pRNAs/piwi复合物与靶RNA结合，并通过序列互补阻碍其功能。
c。
PRNAs/piwi复合物-蛋白质相互作用。
肿瘤研究之piRNA生物标记物研究方案1.研究背景迄今为止，对于晚期的癌症尚无有效的治疗措施，癌症的死亡率居高不下。
因此，癌症的早期诊断和预后显得尤为重要。
癌症的生物标记物是癌症直接产生或由身体对癌症特定响应分泌的物质，这些物质或过程的存在表明癌症存在于人体。
研究癌症生物标志物的方法由多种，包括特异性分子、基因和蛋白表达、影像学、生理学、以细胞为基础的标志物及其他的形式。
大量研究发现，人类PIWI蛋白在多种肿瘤中均有异常表达，如乳腺癌、胰腺癌、肝癌等（Lee JH et al., 2006 ; Zeng Y et al., 2011）。
但是，PIWI蛋白的异常表达是如何影响肿瘤的临床特性却是未知的。
尽管piRNA在癌症中还未被广泛研究，但是仅有的少数研究表明，癌症中piRNA表达谱发生了变化。
乳腺癌中发现了数百个特异的piRNA序列，其中差异表达的有6个。
采用RT-PCR技术在大样本中验证，证实其中4个确实发生了显著性变化（Huang G et al., 2013）。
有报道表明，piR-823在胃癌组织中表达显著降低，并且表达水平与胃癌分期相关，piR-823水平上调会导致胃癌细胞生长抑制（ChengJ et al., 2011）。
此外，胃癌患者外周血中piR-823明显低于对照组，说明piR-823具有作为胃癌诊断标志物的潜能。
PiR-823也被证明和多发性骨髓瘤相关。
有研究表明piR-823在多发性骨髓瘤中显著上调并与临床分期呈正相关。
在多发性骨髓瘤细胞沉默piR-823诱导细胞凋亡相关蛋白表达，促进癌细胞死亡。
进一步研究发现，piR-823通过表观修饰抑制抑癌基因的表达（Yan H et al., 2015）。
piR651被发现也和胃癌相关。
在胃癌组织中，piR651表达上调，上调水平也与胃癌分期相关。
可作为胃癌诊断治疗的潜在靶点（Cheng J, et al., 2011）。
piRNA在肿瘤中异常表达的现象已多有报道，但有关piRNA调控肿瘤进展的机制研究较少。
piRNA在生殖系统中的研究进展赵鸿娟;王亚楠;高树军;张媛媛;李光鹏;王煜【期刊名称】《国际妇产科学杂志》【年(卷),期】2016(043)005【摘要】Piwi蛋白相互作用RNA（piRNA）是一类长度约为30个核苷酸的非编码RNA。
目前研究提示piRNA通过与PIWI蛋白家族成员结合后，参与异染色质形成、生殖细胞的发育和维持DNA的完整性。
piRNA与小干扰RNA （siRNA）及微小RNA（miRNA）均是近些年发现的非编码小RNA，在功能、分布和分子特征等方面存在着显著不同。
piRNA在精子的发生过程中起着重要的生理调节作用，目前对于piRNA的研究逐渐深入，认识也进一步提高。
例如， piRNA的结构特点，发挥功能相关作用蛋白，在体内的分布与表达，在生物体内与PIWI发挥作用的方式以及功能。
piRNA数据库的建立将对此类小分子RNA的研究有很大的促进作用。
%Piwi-interacting RNA (piRNA) is a group of small RNAs about 30 nucleotides length that isolated from mammalian reproductive cells, which could bind to the Piwi proteins and regulate its corresponding function. piRNA mainly participates in the process of development of germ cells, silence of transposon, formation of heterochromatin, DNA integrity of germ cells, and so on. It contributes to steady heredity of hereditary substance. As small interfering RNA (siRNA), microRNA (miRNA) and piRNA is a kind of non-coding small RNAs founded in recent years. However, they are different in functions, gene distributions and characteristics. piRNA is essential for physiological modulation ofspermiogenesis. The research of piRNA was further investigated, such as structural features, distribution and interactions with PIWI proteins. Furthermore, establishment of piRNA database will facilitate scientific research of piRNA.【总页数】5页(P576-580)【作者】赵鸿娟;王亚楠;高树军;张媛媛;李光鹏;王煜【作者单位】010050 呼和浩特，内蒙古医科大学附属医院;内蒙古大学实验动物中心;内蒙古大学生命科学学院;内蒙古大学生命科学学院;内蒙古大学实验动物中心;010050 呼和浩特，内蒙古医科大学附属医院【正文语种】中文【相关文献】1.piRNA／PIWI 在肝癌发生发展中的机制研究进展 [J], 周代兵;张凌云;许国雄2.piRNA在生殖系统中的功能研究进展 [J], 张燕;樊伯珍;童晓文3.女性生殖系统肿瘤患者的微生物群在肿瘤中的作用的研究进展 [J], 唐杰;何京4.piRNA在阿尔兹海默症中的研究进展 [J], 孙添怡5.PIWI/piRNA在妇科恶性肿瘤中的研究进展 [J], 许瑞雪;毛奕文;马洋洋;蒋学风因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PiRNA 研究进展非编码小RNA在正常的生物学过程和人类疾病中均有重要作用（Esteller, M et al., 2011），主要包括microRNAs（miRNA）、short-interfering RNAs （siRNA）和PIWI-interacting RNAs（piRNA）。
piRNA的发现得益于PIWI蛋白家族的研究，这种蛋白是动物繁衍后代所必须的。
目前，保守估计真核生物基因组上大约具有20,000个piRNA（Moyano, M et al., 2015）。
piRNA首次在果蝇的睾丸中被鉴定为一种新的长的siRNA( long siRNA)，可以沉默位于果蝇X染色体上的多拷贝基因Stellate (Arvain et al, 2001)。
后因与Argonaute蛋白家族亚族PIWI相结合发挥作用而得名，由Arvain等采用层析柱法从小鼠睾丸细胞中分离得到(Arvain et al, 2006)。
PiRNA是一类片段大小在26-31nt单链小RNA，大部分集中在29-30nt，5’端具有强烈的单磷酸尿嘧啶核苷酸倾向性，3’端（2ʹ-O- methyl）进行了甲基化修饰（Kirino et al., 2007）(Fig 1)。
Fig 1 structure of piRNApiRNA 生成机制研究进展已研究的大部分物种中，基因组上散在分布的基因座产生了绝大部分的piRNA，这些基因座被称为piRNA簇（piRNA cluster）。
PiRNA 簇根据能否从基因组上的两条链或一条链产生piRNA而分为双链簇和单链簇。
单链簇piRNA 是分布最广泛的也是默认的类型。
单链簇转录生成piRNA前体与经典的转录途径事实上是难以区分的，基于二者都具有以下几个转录特点：（1）启动子区域都有H3K4me2 (histon 3 lysin 4 dimethylation )标志；（2）转录由RNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ）负责；（3）经典的RNA转录后加工（5’端帽子修饰、剪切、多聚腺苷酸修饰）（Goriaux C et al., 2014）。
单链簇转录模式在果蝇中研究的比较清楚。
目前，已发现的主要有两个单链簇20A 和flam（Brennecke J et al., 2007）20A 在体细胞滤泡细胞（somatic follicle cell）和生殖细胞中均表达，flam只在滤泡细胞中表达。
Flam具有几个显著的特点（Fig 2）: (1) 位于常染色质和异染色质的边界；（2）flam中含有gypsy家族的TEs ；(3) 启动子具有H3K4me2标记，簇体具有H3K9me2标记。
Flam的转录需要转录因子Ci (Cubitus interruptus)的参与，piRNA前体的剪切产生多个异构体，这些异构体可以通过UAP56和转运蛋白Nxf1和Nxt1转运到细胞质中的Yb小体进行piRNA的成熟和加工（Fig 3）。
Fig 2 flam cluster in the follicle cells of Drosopbila ovaryFig 3 the transcription of flam cluster双链簇是果蝇生殖细胞中piRNA生成的主要方式。
顾名思义，piRNA前体可以从基因组的两条链生成。
这种方式有别于经典的转录方式，是一种启动子非依赖的转录方式，并且不需要剪切和多聚腺苷酸形式的加工。
多项研究表明，Rhino（特异性的结合到piRNA簇的H3K9me2标记），一种异染色体蛋白1（HP1）的同源物(Yu, B et al., 2015)，是双链簇转录的灵魂蛋白。
Rhino被认为是一种“锚”，与Deadlock (Del) 和Cutoff (Cuff) 组成复合物。
Rhino-Del 招募Moonshiner 和TATA box 结合蛋白相关因子2（Trf2）到簇的YR元件起始转录(Malone, C. D. et al,2009; Andersen, P. R et al.,2015 )。
Rhino-Del-Cuff通过抑制剪切和转录终止来确保簇的转录的不断延伸。
转录完成后，piRNA前体通UAP5转运到胞质的nuage区域进行加工（Fig4）。
Fig 4 Fly germline dual-strand clusters’s transcriptionspiRNA前体的加工、成熟发生在特定的亚细胞区域，动物生殖细胞中称作nauge，需要PIWI蛋白的参与（Brennecke J et al.,2007; Lim AK et al., 2007 ）。
体细胞来源的果蝇卵泡细胞中被所谓的“Yb 小体”替代，位于核膜的胞质一侧（Murota Y et al., 2014; Qi H et al., 2011 ）。
依据最新的研究表明，成熟piRNA的生成根据是否依赖于Zuc而分成两种途径，一种是Zuc介导的途径，另一种是Zuc非依赖的生成途径。
核酸内切酶Zuc/MitoPLD，位于线粒体外膜，通过结构及小RNA遗传与生信分析表明。
其在piRNA生成途径中的核心地位。
Zuc不仅参与到了piRNA 5’端的形成，还直接或间接的参与到3’端的产生（Han, B. W et al., 2015）。
随着piRNA簇每隔25nt进行剪切时，果蝇中Zuc的活性表现出一种显著的持续性bi 变化。
此外，在整个加工过程中PIWI蛋白都参与其中，但是PIWI的加载和Zuc剪切之间的关联还不清楚。
Zuc介导的途径主要由以下两个阶段合作完成：（1）“乒乓循环机制”；（2）Zuc依赖的拖尾piRNA生成途径。
“乒乓循环机制”剪切piRNA前体转录本，产生5’端单磷酸基团的pre-pre-piRNA，为Zuc依赖的拖尾piRNA生成途径提供底物。
“乒乓循环机制”具体过程（Fig 5 ）：（1）Aub结合到piRNA（反义链）形成复合物去识别并剪切转座子mRNA，随后较短的剪切产物被装载到Ago3蛋白，发生剪切并产生Ago3-piRNA（正义链）复合体前体，通过Nbr对3’端进行修饰成熟。
成熟的Ago3-piRNA（正义链）复合体识别和剪切piRNA前体转录本，剪切的产物又可以起始新一轮的循环，不断的产生Zuc依赖的拖尾piRNA生成途径的底物。
整个循环过程中，特定的复合物（如Vasa、Krimp、Qin、Spn-E）的装载确保剪切产物被装载到不同的PIWI蛋白（Aub/Ago3）上。
PiRNA的生成以3’方向的形式进行，Zuc以每隔25nt的形式剪切产生拖尾piRNA，该过程中由多个因子参与其中，但是其中的具体机制还不清楚（Fig 5 ）。
最后，Hen1 对拖尾piRNA进行修饰产生成熟的piRNA。
Fig 5 Biogenesis of piRNAs by Zuc-dependent pathwayZuc非依赖的piRNA生成途径主要在果蝇的卵巢中发现，哺乳动物和家蚕中很稀有。
上文提到，“乒乓循环机制”与Zuc介导的途径共同完成成熟piRNA的产生，事实上，“乒乓循环机制”也可以独立发挥功能。
Zuc不存在时，piRNA 5’端通过正常的剪切产生，3’端通过Nbr去尾修饰（Hayashi R et al., 2016）。
秀丽引杆线虫（C.elegans）中不存在“乒乓循环机制”，piRNA (21U-RNAs) 的产生于25-29nt前体，通过前体前两个核苷酸的切除和3’端修饰成熟（Gu W et al., 2012）。
PiRNA 功能研究进展PiRNA首先在生殖细胞中被发现大量表达，其功能是抑制转座子，维持基因组结构的稳定性。
随着体细胞和癌细胞中piRNA的发现，凸显了piRNA功能的多样性和重要性。
下文就piRNA已知的几项主要功能进行阐述。
转座子剪切通过研究piRNA序列发现，生殖系统来源的极大部分piRNA 是被从基因间区转录出来的，基因间区序列富集着大量的转座子序列碎片（Gunawardane LS et al., 2007）。
PiRNA对转座子剪切功能的实现主要体现在piRNA对反转座子RNA进行识别，识别后利用核酸内切酶活性对转座子进行切割，达到抑制反转座子转座目的。
生殖细胞发育过程中对反转座子进行调控是piRNA的主要功能之一。
果蝇的卵泡细胞中，piRNA-PIWI复合物通过识别转座子的初生转录本定位到转录位点，进而招募组蛋白甲基转移酶对H1组蛋白进行H3K9甲基化修饰从而抑制转录（Huang XA et al., 2013）。
PiRNA也可以通过诱导DNA发生甲基化而抑制其转座。
在小鼠的精细胞中，piRNA-PIWI复合体进入细胞核后识别LINE-1的初生转录本，通过一系列反应引起LINE-1 DNA 发生甲基化抑制其表达（Aravin AA et al., 2008）。
大量研究发现，piRNA在其生成过程中伴随着在转录后水平上对转座子的剪切。
这一过程主要通过“乒乓循环”生成途径完成（Saito K et al., 2009）。
表观调控近期研究表明，piRNA途径通过组蛋白修饰和DNA甲基化进行表观调控。
果蝇中，PIWI和Aub蛋白被发现是位置效应斑（position-effect variegation）的调控者，提示piRNA途径通过促进染色体的异染色质化沉默基因表达（Pal-Bhadra,M et al., 2004）。
在小鼠的配子发生中，卵母和精母细胞阶段PIWI和piRNA集中高表达，而这个阶段恰是这两种细胞处于表观修饰最低水平的状态，如DNA甲基化修饰、组蛋白的甲基化修饰等（Sasaki H et al., 2008）。
在诱导多功能干细胞（iPSC）中也发现有piRNA的存在。
iPSC具有分化成各类细胞的潜能，其中表观修饰决定着细胞分化的命运，piRNA与染色体和DNA的表观修饰有关，通过参与这一过程，使得细胞向定向的方向进行分化（Wang Y et al ., 2014）。
除了对基因组的转座子区域进行表观修饰，研究发现，在神经细胞中piRNA通过DNA甲基化影响神经突触的可塑性（Rajasethupathy, P et al., 2012）。
转录后水平调控piRNA对基因的转录后水平调控不局限于转座子。
果蝇卵巢、小鼠生殖组织、非洲爪蛙卵中发现一些编码蛋白的mRNA 3’ UTR区域同样可以产生piRNA。
这些3’ UTR区域含有转座子重复序列，提示，piRNA具有调控mRNA水平的潜能（Robine, N et al., 2009）。
多项实验证明，piRNA pathway 与 P-bodies 紧密相连，P-bodies 是一种胞质复合物-参与翻译调控。
