Argonaute蛋白分为AGO和PIWI clade。在大多数动物物种中，AGO-clade蛋白在各种细胞类型中广泛表达，并调节正常基因表达。相比之下，PIWI-clade蛋白主要在配子发生过程中抑制转座子并确保受精。两种clade都通过碱基配对使用核酸指导靶识别，这对启动靶沉默至关重要，通常通过直接切割。AGO-clade蛋白质使用狭窄的通道来确保紧密的导向-靶相互作用。相比之下，PIWI蛋白具有更宽的通道，可能允许配对过程中的错配，扩大了靶沉默能力。然而，PIWI介导的靶切割的机制仍不清楚。
2025年1月15日，西湖大学申恩志、吴建平共同通讯在Nature在线发表题为“Structural insights into RNA cleavage by PIWI Argonaute”的研究论文，该研究揭示了PIWI蛋白如何与piRNA协同作用切割目标RNA。在这里，研究人员证明了靶结合后，PIWI蛋白经历了从“开放”状态到“锁定”状态的构象变化，促进了碱基配对并提高了靶切割效率。这种转变包括结合通道的变窄和PIWI相互作用RNA靶双链体向PIWI中叶的重新定位，为双链体的稳定建立了广泛的接触。在这个转变过程中，还发现了一个中间的“逗号形”构象，它可能募集GTSF1，一种已知的增强PIWI切割活性的辅助蛋白。GTSF1通过将PIWI结构域连接到RNA双链体上促进了向锁定状态的转变，从而加速了对有效的靶切割至关重要的构象变化。这些发现解释了靶RNA切割中PIWI-PIWI相互作用RNA复合物功能的分子机制，为PIWI蛋白的动态构象变化如何协调辅因子以保护配子发生提供了见解。Argonaute (Ago)蛋白使用小的核酸指导来识别和调节互补的DNA或RNA靶序列。这些蛋白质分为两个主要分支:AGO和PIWI。微小RNA(miRNAs)和小干扰RNA(siRNAs)与AGO-clade蛋白结合，导致多种细胞类型中信使RNA (mRNA)表达的抑制。另一方面，PIWI相互作用RNAs (piRNAs)与PIWI-clade蛋白结合，这对于沉默动物生殖细胞内的转座因子和外源核酸是必不可少的，从而确保配子发育正常和遗传信息的可靠遗传。PIWI蛋白具有催化活性，有助于通过切割转座子RNA来抑制转座子活性，有助于防止突变。此外，piRNA的产生本身依赖于piRNA引导的对其前体转录物的切割。在胎盘哺乳动物中，粗线期piRNAs也指导PIWI蛋白样小鼠MILI选择性切割mRNAs，确保精子发生过程中维持蛋白水平。这些发现强调了PIWI-piRNA复合物介导的靶切割的重要性。PIWI蛋白似乎依赖于一个更复杂的因子网络，不同于AGO蛋白，有效地沉默目标。一个例子是辅助因子配子体特异性因子1 (GTSF1)，它增强PIWI对RNA的切割，但不增强AGO蛋白的切割，这表明PIWI蛋白具有独特的机制来协同这些因子进行有效的靶切割。MILI三元复合物中夹住的靶双链体的识别（图源自Nature）在过去的二十年里，人们已经做了大量的工作来阐明进化枝蛋白在基因表达调控中的结构和生化机制。一个流行的观点是，AGO蛋白的核酸结合通道内的导向-靶双链体传播-以PAZ结构域的向外移动和通道加宽为特征-导致催化活性构象。最近对PIWI结构的研究表明了一种独特的导向-靶配对和实现靶切割的机制。AGO-clade Argonautes拥有一个较窄的通道，能够使种子区域中的靶紧密结合，并排除种子区域以外的引导-靶配对(核苷酸G2-G7)。相比之下，PIWI-clade Argonautes具有更宽的通道，可以容纳种子区域以外更广泛的碱基配对，这增强了靶向性精确度，同时允许一定程度的目标错配。尽管有这些见解，PIWI蛋白是如何被piRNA靶RNA配对进行靶切割的仍然是个谜。综上所述，该研究首次揭示了piRNA引导PIWI蛋白MILI切割靶标RNA的动态变化构象，暗示着piRNA对靶标RNA的调节是多因子共同参与调节的精密程序化过程，确保piRNA调节靶标RNA的高效性及特异性。此外，该研究为后续大量piRNA生物学功能的探索，提供了坚实的分子框架基础。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08438-1#Sec23
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