piRNA调控长非编码RNA以及piRNA调控网络的构建

Recently, accumulating studies have shown the biological importance of piRNA-mediated regulatory of mRNA and lncRNA targets. In our study, published in Cell Research of 2015, we reveal piRNAs act extensively as siRNAs to degrade specific mRNAs in mouse testes and its central requirement for male germ cell development and maturation.In 2016, we trained a support vector machine classifier based on a combination of Miwi CLIP-Seqderived features and position-derived features to predict the potential targets of piRNAs on mRNAs in the mouse. Compared with piRNA targeting mRNA, it is just begun to investigate the regulatory between piRNA and lncRNA. We have carried out a preliminary investigation of piRNA-mediated cleavage events on lncRNAs in mouse testes and find that the Miwi/piRNA complexes can cleave lncRNA targets comprehensively. In this study, we will combine various types of high-throughput data to develop efficient and accurate algorithms and to systematically research on the regulatory of piRNA-mediated in cell lines, tissues and cancers. The research topic will provide a solid foundation for the function study of piRNA on lncRNA.

近年来研究表明piRNA对靶基因调控有重要生物学意义。本课题组从2009年开始从事piRNA方面的研究，发现piRNA对mRNA的转录后剪切机制是广泛存在的，该成果发表于2015年2月的Cell Research上，并于2016年发表了结合Miwi CLIP-seq数据来预测piRNA mRNA靶基因的方法。相对于piRNA对mRNA调控的研究，piRNA调控长非编码RNA的研究才刚开始。本课题组基于之前研究经验对高通量数据的初步分析发现，piRNA调控长非编码RNA是普遍存在的。本课题将结合高通量数据开发高效准确的算法，系统研究piRNA对长非编码的调控，将其应用到表达piRNA和长非编码的细胞、组织和癌症中，为piRNA和长非编码的功能研究提供坚实基础。

最近，越来越多的证据表明Miwi/ piRNA复合体介导的mRNA和lncRNA靶标的剪切功能的重要性。在本研究中，我们对piRNA介导的mRNA和lncRNA的剪切事件进行了全面的研究。我们发现Miwi/piRNA复合物可以分别切割数百个mRNA和lncRNA靶点，并且piRNA在识别这两种类型的靶标的规则具有相似性。利用这些结合规则，我们预测到piRNAs的296个mRNA靶点和173个lncRNA靶点，相应的调控piRNAs总数约为3100个。其中，参与剪切lncRNA的piRNA中有40%也参与了mRNA的剪切。对这些调控RNA的piRNA特征研究发现，约有3/4的piRNAs是来源于重复序列的，主要是来自SINE和LTR。对mRNA/lncRNA靶点序列的研究也表明约50%是位于重复序列上，主要包括SINE、LTR和LINE逆转录转座子插入序列，且piRNA的来源序列特征与靶位点序列特征在重复类型上基本保持一致。其余50%的剪切位点主要是被来自基因间区的非重复区域来源的piRNA识别剪切。对mRNA/lncRNA剪切片段的进一步分析发现，有高达20%的剪切片段可以进一步加工成新的(次级)piRNA，其中6%能够介导第二轮mRNA/ lncRNA的剪切。这种piRNA调控mRNA/lncRNA靶标的两级剪切机制可能提高了控制的精度。