Argonaute蛋白切片RNA片段的保留在DNA的化学修饰中发挥作用用于基因沉默

印第安纳大学布卢明顿分校的研究人员发现了以前隐藏的基因沉默过程的步骤，用于对抗病毒和其他潜在的基因组入侵者。

发表在《基因与发展》上的新发现报告了由第一作者FengWang博士领导的团队在生物学和分子与细胞生物化学杰出教授CraigPikaard实验室的工作。该研究揭示了重要蛋白质家族ARGONAUTE4(AGO4)的成员如何结合，切割和保留核糖核酸(RNA)分子片段，这些片段指导具有匹配序列的基因的化学失活。

由RNA分子介导的基因沉默被称为RNA干扰或RNAi，并发生在包括动物，昆虫，植物和真菌在内的各种生物体中。有几种不同类型的RNAi，但都有共同的特征。所有这些都始于RNA聚合酶蛋白读取存储在DNA中的遗传信息并将其复制到RNA中，这一过程称为转录。

在所有RNAi途径中，双链RNA(dsRNA)被合成，两条链像DNA双螺旋一样配对。这些dsRNA被Dicer蛋白切割成较短的dsRNA，其单个链的范围为~21-35个核苷酸(RNA聚合物的单个单位)，具体取决于物种和RNAi途径。然后将切成丁的dsRNA加载到Argonaute家族蛋白中。只有一条链，称为引导链，注定要与AGO蛋白保持稳定结合。

另一条链，称为乘客链，被释放并降解。然后，AGO蛋白使用引导链找到引导链可以配对的RNA靶标，从而通过不同的方式导致基因沉默。在一种用于灭活编码蛋白质的RNA的场景中，该指南程序AGO将目标RNA切成两个片段或将目标RNA从蛋白质合成机器中隔离出来。

在另一种情况下，当靶RNA仍在合成时，向导RNA与靶RNA配对，并带来蛋白质的募集，这些蛋白质对被转录的基因进行化学修饰。在包括植物和人类在内的各种生物体中，这些修饰涉及向转录的DNA中添加单碳甲基，导致基因组织发生变化，从而阻止进一步的转录和RNA合成。

在这项新研究中，Wang等人研究了AGO4在称为RNA定向DNA甲基化的植物RNAi途径中的作用。该途径的切尔酶产生23和24个核苷酸(nt)RNA，但先前的研究仅发现24个nt与AGO4相关的RNA，使得23ntRNA的功能尚不清楚。

分析设计用于生产无法切片目标RNA的AGO4的植物得到了启示。在该系中，发现了与AGO23相关的24和4ntRNA。这表明23ntRNA通常用作24ntRNA的乘客链，然后被切片，这一假设通过重述试管中的反应来支持。

然而，切片的23ntRNA的片段没有像预期的那样被释放。相反，它们被AGO4保留在细胞和试管中。根据这一观察结果，Wang及其同事发现靶RNA片段在切片后也被AGO4保留，这表明这些片段在RNA定向DNA甲基化中起着以前未被识别的作用。

与这一想法一致，作者发现AGO4的RNA切片活性是在整个基因组靶位点实现高水平的DNA甲基化所必需的。作者推测，保留的RNA片段有助于将AGO4-RNA复合物连接到相应的DNA序列上，以提高DNA甲基化的效率。