piRNA关联数据库和计算模型

与PIWI相互作用的RNA称为piRNA，其长度为21–35核苷酸，也是最多的一种非编码RNA类型。在长度范围，piRNA有一部分与miRNA（18-25核苷酸长度）是重叠的。与微小RNA（microRNA，简称miRNA）不一样，虽然piRNA也属于小非编码RNA，但其相关研究还比较少并且其表达丰度偏低。已有研究证实，piRNA在许多动植物生物过程中也扮演了重要角色，具有“小RNA大功能”（“small RNAs with big functions”）的称号。

目前，piRNA最为广知的功能是调控和保护转座子基因组，尤其是生殖细胞内的转座子基因组。近来研究表明，piRNA可能在体细胞中也有生物功能。与其他非编码RNA相比，piRNA不具有保守性并且其产生具有特异性。特别地，长的单链piRNA前体是从piRNA群的基因位点转录而来，进而从细胞核转运至细胞质。转运之后，piRNA前体被分裂后进入一个piRNA生物通路即“乒乓”循环（’ping-pong’ cycle）。在该循环中，发起的piRNA从’U’偏好开始，响应piRNA的第10个碱基呈现’A’偏好，新生成的响应piRNA能够激活下一轮的“乒乓”循环。这种扩增机理就是piRNA生成的基本特征，并且很好的解释了为什么生殖细胞能从基因组不同位点中产生大量不同类型的小RNAs。具体而言，piRNA在细胞内的生物合成和功能如图1所示。

图1 piRNA在细胞内的生物合成和功能

那么，已有的piRNA生物功能（尤其是人类疾病）的研究进展如何？本次说一下piRNA关联数据库和计算模型情况。与miRNA相比，piRNA关联的数据库和计算模型就非常有限。通过收集，目前大概有39个piRNA特异和非特异的数据库和生物信息学资源。另外，有33种计算模型方法，涵盖piRNA预测、转座子和mRNA关联的piRNA预测、piRNA群预测、piRNA特征检测、piRNA靶标预测、piRNA-疾病关系预测。相关的数据库和计算模型详细可以参考文献[2]。

虽然piRNA研究正在往前推进，未来主要存在以下挑战。首先，piRNA在不同数据库命名不一致的问题，未来需要像miRNA一样，构建名称一致性的piRNA注释数据库是关键。其次，实验验证piRNA在疾病过程中扮演的角色是关键。再次，piRNA在转化医学领域的研究是挑战也是机遇。最后，亟待开发piRNA相关的实用工具，进而协同研究人类疾病和生物学的重要问题。

后话

目前，对piRNA大规模测序还处于最初级阶段，因此相关的数据还不多。与其他非编码RNA最为不同的是，piRNA在生殖细胞内的生物功能。因此，研究其与生殖发育功能是最为普遍的思路。当然，piRNA与疾病之间的关系研究也是很有意思的一个方向。

参考文献

[1] Ozata DM, Gainetdinov I, Zoch A, O'Carroll D, Zamore PD. PIWI-interacting RNAs: small RNAs with big functions. Nat Rev Genet. 2019;20(2):89-108. doi:10.1038/s41576-018-0073-3>

[2] Zhang T, Chen L, Li R, Liu N, Huang X, Wong G. PIWI-interacting RNAs in human diseases: databases and computational models. Brief Bioinform. 2022;bbac217. doi:10.1093/bib/bbac217.

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