piRNA 又稱為 piwi-interacting RNA為 small non-conding RNA 的主要類別之一,piRNA 主要具備幾個特性:

  1. 目前僅在動物細胞中被發現
  2. 目前常見動物的生殖腺細胞中
  3. 長度大約是 26~31 nt
  4. 5’ 端偏好以 U 做為起始

 

 為了探索piRNA 的生成與機制,有人利用 NGS 的方法試著找出 piRNA 可能存在的 profile。

在該研究中,研究人員分別從8天、17天大的老鼠和成熟的老鼠睪丸上取得「Type A精原細胞 (Type A spermatogonia, A)」、「粗絲期晚期精母細胞 (pachytene spermatocytes, PS)」、「圓形精細胞 (round spermatids, RS)」,利用電泳之方式,選出長度在 18-26 nt 之 small RNAs,然後將這些 small RNA 進行定序。

在生物資訊分析上,研究人員首先去除 adapter 的序列,然後將trim 過的 reads map 到老鼠的 genome 與 transcriptome,只保留能 perfect match 到 genome 或 transcriptome 的reads。

接下來將能夠 map 到已知 small RNA (miRNAs, rRNAs, tRNAs, snRNAs, snoRNAs) 的 reads 去掉,圖一即為去掉已知 small RNA 的長度分佈圖,我們可以發現 A與 PS 長度集中在 26 nt,而 RS 的長度集中在 30 nt。

圖一    

圖一

 

由於 piRNA 在 5’ 端偏好 U 做為起始,筆者將上面得到的 reads,計算以 U起始的 read 比率,可發現長度超 24 nt 後,三種 sample 中,U 起始之reads 的比率均超過 60% (如圖二)。

圖二  

圖二

去掉能 map 到已知 small RNA的 reads後,將剩下的部份,只取長度在 24-32 nt 的 reads 作為 candidate 的 piRNAs,然後分析這些 piRNA map 到的位置,發現 map 到 3’UTR 的 piRNA 數量多於 map 到 CDS 的數量,map 到 CDS 的又多於 map 到 5’ UTR的數量(如圖三)。

圖三  
  圖三

根據 piRNA map 到 genome 或 transcriptome 的位置,還可以分為 retrotransposon-derived piRNAs、mRNA-piRNAs 與 intergenic piRNAs三大類,經過一連串 expression、clustering、…等生物資訊分析後,筆者認為,除了retrotransposon-derived piRNAs 可能與 retrotransposon silencing 有關,mRNA-piRNAs 是 post-transcriptional level 基因調控的產物,而 intergenic piRNAs 則與 chromosome remodeling有關。

 

Reference:

Haiyun Gan, Xiwen Lin, Zhuqiang Zhang, et al. piRNA profiling during specific stages of mouse spermatogenesis. RNA 2011 17: 1191-1203

 

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