PIWI 样 RNA 介导的基因沉默 1； PIWIL1

PIWI-LIKE 1
HIWI
MIWI，小鼠，同源物； MIWI

HGNC 批准的基因符号：PIWIL1

细胞遗传学位置：12q24.33 基因组坐标（GRCh38）：12:130,337,887-130,426,260（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

果蝇生殖系干细胞（GSC）的自我更新不对称分裂受到细胞内机制和细胞间相互作用的控制。考克斯等人（1998）克隆并表征了果蝇 piwi 基因，并表明它对于雄性和雌性 GSC 的维持都是必需的。 piwi 的突变导致 GSC 分化，但在卵子发生开始后不会立即进行自我更新分裂。 piwi蛋白呈高碱性，尤其是C端100个氨基酸残基，在进化中非常保守。考克斯等人（1998）在线虫中克隆了 GSC 更新所需的 2 个 piwi 样基因，并且还发现了与分生组织细胞分裂所需的 2 个拟南芥蛋白的序列相似性。通过利用与果蝇piwi基因序列相似的EST筛选人类睾丸cDNA文库，他们克隆了人类同源物PIWIL1。推导的 PIWIL1 蛋白与果蝇蛋白具有 47.1% 的整体序列同一性，在 C 末端具有 58.7% 的同一性。考克斯等人（1998）在细菌和酵母基因组中没有发现 piwi 相关基因，这表明 piwi 仅在多细胞生物中具有干细胞相关功能。 Piwi 和 piwi 相关蛋白在 N 末端不同，但在 C 末端表现出高度同源性，它们都包含一个保守的 43 个氨基酸结构域，作者将其命名为 PIWI 框。考克斯等人（1998）认为 piwi 相关基因代表了多种多细胞生物中 GSC 分裂所需的一类新基因。

Sharma 等人通过 CD34（142230）阳性造血细胞的 PCR，然后进行睾丸 cDNA 文库的 5-prime RACE（2001）克隆了 PIWIL1，他们称之为 HIWI。对成人和胎儿组织的 PCR 分析发现，成人睾丸中 HIWI 表达最高，其次是成人和胎儿肾脏。在检查的所有其他胎儿组织以及成人前列腺、卵巢、小肠、心脏、大脑、肝脏、骨骼肌、肾脏和胰腺中检测到较弱的表达。半定量RT-PCR显示CD34阳性造血细胞中存在HIWI表达，并且在分化过程中HIWI表达减少。 HIWI 在 C34 阴性细胞中不表达。

通过睾丸 mRNA 的 5-prime RACE，Qiao 等人（2002）获得了全长HIWI cDNA。推导的 861 个氨基酸的蛋白质的计算分子量为 98.5 kD，包含中心 PAZ 基序和 C 端 PIWI 基序。 Northern 印迹分析仅在睾丸中检测到 3.6-kb HIWI 转录本。 RT-PCR 检测到一名 7 岁男孩睾丸中 HIWI 低表达。成人睾丸的原位杂交和免疫荧光标记显示，HIWI mRNA 和蛋白质仅存在于小管横切面的部分生精细胞中。在生精上皮的基底生殖细胞或支持细胞中未检测到 HIWI。 HIWI 的表达似乎仅限于生精上皮周期的特定阶段。 Northern 印迹分析显示 19 个精原细胞瘤中的 12 个中 HIWI 表达上调。相比之下，10 个非精原细胞瘤和 4 个精母细胞精原细胞瘤中 HIWI 表达没有增加。

Deng 和 Lin（2002）克隆了小鼠 Piwil1 cDNA，他们将其称为 Miwi。 Northern 印迹分析揭示了成人睾丸中存在主要和次要 Miwi 转录本，但在所检查的任何其他成人或胚胎组织中均未发现。在成人睾丸中，Miwi RNA 在生精小管基底层的少量生殖细胞中检测到，推测是在合子期精母细胞中，并且在初级精母细胞中表达丰富。免疫荧光显微镜显示Miwi存在于粗线期精母细胞中，直到早期圆形精子细胞阶段表达量增加，此后其丰度下降。蛋白质印迹分析检测到 Miwi 的表观分子质量为 100 kD。

▼ 基因功能

夏尔马等人（2001）发现人类白血病细胞系中 HIWI 的瞬时表达导致细胞增殖急剧减少。 HIWI 的过度表达导致程序性细胞死亡。

Deng 和 Lin（2002）发现小鼠 Miwi 与 Act（605126）和 Crem（123812）靶基因的 mRNA 形成复合物。

吉拉德等人（2006）表明小鼠 Miwi 结合了一类新的约 29 至 30 核苷酸的 RNA，这些 RNA 在睾丸中含量很高。他们将这些 RNA 命名为“Piwi 相互作用 RNA”。或 piRNA，并鉴定了 52,934 个候选 piRNA。 piRNA 在染色体中的分布与基因密度或重复密度无关。近 84% 的 piRNA 在基因组中进行了独特定位，17% 进行了重复定位，包括 SINES、LINES 和 LTR 反转录转座子。 piRNA 主要分为 20 至 90 kb 簇，其中长段小 RNA 仅源自 1 条链。在人和大鼠中发现了类似的 piRNA，主要簇出现在同线位置。吉拉德等人（2006）提出，生殖细胞中 piRNA 的丰度和 Miwi 突变体的雄性不育表明 piRNA 在配子发生中的作用。

格里夫纳等人（2006）发现 Miwi 与胞质核糖核蛋白和小鼠睾丸提取物的多核糖体部分中的 piRNA 和 mRNA 相关。随着精子发生早期多核糖体的增加，多核糖体组分中的 Miwi 水平也增加。此外，Miwi 与 mRNA 帽结合复合物相关。对 Miwi -/- 睾丸的检查表明，Miwi 是 piRNA 和睾丸相关 miRNA 表达所必需的。对小鼠睾丸提取物中的 Miwi 进行免疫沉淀可共沉淀 Dicer（606241），但 Dicer 表达或稳定性不需要 Miwi。格里夫纳等人（2006）得出结论，Miwi 在精子发生过程中小 RNA 介导的过程中发挥作用。

运河化或发育稳健性是有机体在基因型变异和环境影响下产生相同表型的能力。果蝇 Kruppel 的功能获得等位基因的表达导致果蝇眼盘中基因的错误调节和眼睛生长的产生，这些生长通常通过管道化受到抑制。 Gangaraju 等人使用蝇眼生长测定法（2011）表明，由 Piwi、Hsp83（HSP90；参见 140571）和 Hop（STIP1；605063）组成的蛋白质复合物参与运河化。结果表明，管道化可能涉及 Hsp83 介导的 Piwi 磷酸化。甘加拉朱等人（2011）得出的结论是，眼睛生长表型是正常抑制的基因型的表观遗传沉默的缺陷。

路透等人（2011）表明 Miwi 是一种小型 RNA 引导的 RNase（切片器），需要广泛的互补性才能进行体外靶标切割。在小鼠中，单点突变破坏了其催化活性，导致男性不育，突变生殖细胞显示 LINE-1 逆转录转座子转录物积累增加。路透等人（2011）提供了 Miwi 切片机活性直接切割转座子 mRNA 的证据，为在生殖干细胞中建立转座子沉默很长时间后重复衍生的 piRNA 的持续维持提供了解释。此外，路透社等人（2011）得出的结论是，他们的研究支持切片机依赖性沉默机制，该机制无需 piRNA 扩增即可发挥作用。因此，Piwi 蛋白似乎以双管齐下的哺乳动物转座子沉默策略发挥作用：一种促进胚胎中的转录抑制，另一种则增强出生后转录后水平的沉默。

▼ 基因结构

Deng 和 Lin（2002）确定小鼠 Piwil1 基因包含 22 个外显子，长度为 19.2 kb。

▼ 测绘

通过辐射杂交分析和 FISH，Sharma 等人（2001）将 PIWIL1 基因定位到染色体 12q24.2-q24.32。乔等人（2002）通过辐射杂交分析和 FISH 将 PIWIL1 基因定位到染色体 12q24.33。通过基因组序列分析，Sasaki 等人（2003）将 PIWIL1 基因定位到染色体 12q23。

Deng 和 Lin（2002）将小鼠 Piwil1 基因定位到 5 号染色体的一个区域，该区域显示出与人类 12 号染色体同线性的同源性。

▼ 动物模型

Deng 和 Lin（2002）发现 Miwi 缺失小鼠以预期的孟德尔比例出生并发育正常。突变的雄性是不育的，而突变的雌性是可生育的。 Miwi缺失雄性的附睾中没有发现精子，并且在第一波精子发生后，精子发生一致地停滞在圆形精子细胞阶段。 Miwi缺失的睾丸显示从生精上皮的基底层到管腔层的凋亡细胞数量增加，表明精母细胞、精细胞和可能的精原细胞的存活受到损害。 Miwi 缺失睾丸中 Crem 和 Trf2（TERF2; 602027）靶基因的表达降低。