非编码RNAs (non-codingRNAs)是当前生物医学研究中最令人兴奋的发现之一。非编码RNAs包括长链非编码RNA(long non-coding RNAs, lncRNAs)和小非编码RNA(small non-coding RNAs, sncRNAs)。小非编码RNA中，微RNAs (microRNAs, miRNAs)与小干扰RNA (small interfering RNAs,siRNAs)长约21个核苷酸，与ARGONAUTE(AGO)/PIWI蛋白家族中的AGO亚族结合。另一类小非编码RNA称作piRNAs(PIWI-interacting RNAs)，长度为24–32个核苷酸，则是与AGO/PIWI蛋白质家族的PIWI亚族结合。

 piRNA主要表达于生殖细胞中。生殖细胞中存在了数以百万的piRNA序列，其数目远远超过其他非编码RNA总和。更惊人的是，piRNA序列可对应到所有类型的基因组序列，包括基因编码区(gene-coding region)和基因间区(intergenic region)。这两个特点赋予了piRNA在生殖细胞发育中调控基因表达的重要任务。最近，由耶鲁大学干细胞研究中心与细胞生物学系辜雪砚博士与林海帆教授共同撰写一篇该领域综述文章，题为“PIWI蛋白及其相互作用蛋白在piRNA生物合成、生殖发育和基因表达的调控”，已在《国家科学评论》在线发表(http://nsr.oxfordjournals.org/content/1/2/205.full)。综述详细涵盖了PIWI蛋白质在piRNA生物合成及PIWI-piRNA途径在发育过程中的调节基因表达机制。

 PIWI蛋白在不同物种发育过程中不可缺少。在线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠中，PIWI基因突变引起生殖细胞发育缺陷，如无法维持生殖干细胞(germline stem cells，GSCs)，减数分裂异常，最后造成不育。近来研究发现了许多PIWI相互作用蛋白，包括多个TUDOR蛋白家族成员，并揭示了PIWI相互作用蛋白突变导致类似于PIWI的突变表型。更重要的是，PIWI蛋白和多数相互作用蛋白皆参与piRNA的生物合成。由于piRNA是从转座子、编码蛋白的基因以及基因间区产生的RNA衍生而来，piRNA负责引导PIWI蛋白至特定靶序列，以调节转座子和其他基因在转录和转录后水平的表达(见下图)。近来许多研究更发现PIWI蛋白质和piRNA在体细胞(如神经细胞和癌细胞)的表现与功能。因此，PIWI-piRNA途径的研究范围已从生殖细胞延伸到体细胞甚至癌细胞学领域，并将焦点从抑制转座子表达扩展至对其他基因的调控。

PIWI-piRNA途径通过转录、转录后及转译机制调控基因表达

(摘录自Ku和 Lin，《国家科学评论》) 

(1)在细胞核中，piRNA基因群(piRNA cluster)经由转录产生正义(sense)和反义(antisense) piRNA前体(precursor)。

(2)反义piRNA前体被运输到胞质中，通过piRNA前体合成途径产生成熟的piRNA，并与PIWI蛋白质结合。

(3)反义piRNA引导其结合的PIWI蛋白质切割正义piRNA前体和转座子产生的RNA，藉而抑制转座子的表达。由此产生的成熟正义piRNA进一步结合PIWI蛋白质，然后切割反义piRNA前体，以扩大piRNA的生物合成。此机制为二级piRNA生物合成途径，亦称为乒乓循环。

(4)PIWI-piRNA复合物可透过与帽子结合蛋白复合物(CBC，cap-bindingcomplex)、或去腺苷化酶(DeA，deadenylase)、或处理小体(P-body)组成蛋白作用，调控mRNAs的稳定性或转译，进而影响基因表达。另一方面，piRNAs的序列亦可对应到许多mRNA的3′非翻译区(3′UTR， 3′untranslated region)。(5)PIWI-piRNA复合物可以进入细胞核，通过表观遗传机制，包括异染色质(heterochromatin)形成和DNA甲基化(DNA methylation)以调控基因转录。词汇表： 3′UTR， 3′ untranslated region， 3′非翻译区； CBC，cap-binding complex，帽结合复合物； DeA，deadenylase，去腺苷化酶；DNMT，DNA methyltransferase，DNA甲基化转移酶； HMT，histone methyltransferase，组蛋白甲基转移酶； HP1，heterochromatinprotein 1，异染色质蛋白1；Me，methylation，甲基化。