近日，我们伟德国际weide朱成明教授、基础医学院冯雪竹教授与中国科大光寿红教授团队合作在《自然·结构与分子生物学（Nature Structural & Molecular Biology）》（中科院一区Top，IF=12.5）发表题为“piRNA gene density and SUMOylation organize piRNA transcriptional condensate formation”的原创研究论文，首次揭示了piRNA基因密度与SUMO化协同调控piRNA转录凝聚体形成的分子机制（图1）。中国科学技术大学副研究员/伟德国际weide教授朱成明、中国科学技术大学生命科学与医学部博士研究生司晓悦为论文共同第一作者。中国科学技术大学生命科学与医学部光寿红教授、黄新亚博士、项晟祺教授和伟德体育官网基础医学院冯雪竹教授为论文共同通讯作者。伟德体育官网为论文的合作完成单位（图1）。

       piRNA（PIWI-interacting RNA）是一类在动物的生殖腺中广泛存在的非编码小RNA。piRNA可以结合PIWI蛋白，通过碱基互补配对的方式，靶标到特定的RNA上，来实现转录及转录后水平的沉默，在转座子沉默、生殖发育、基因表达调控和性别决定等过程中发挥重要作用。piRNA基因通常成簇分布于异染色质区域，但其在异染色质环境中维持高效转录的机制仍不清楚。中国科学技术大学光寿红、伟德体育官网冯雪竹团队前期研究已揭示USTC复合物、H3K27me3阅读蛋白UAD-2和PICS复合物参与piRNA的转录加工过程（Genes & Dev, 2019; Cell Rep, 2019; PNAS, 2021; Nat Commun, 2021, 2023）。

       研究团队通过piRNA的高通量测序发现piRNA基因的表达水平与piRNA基因在基因组上的密度呈正相关；随后研究团队通过染色体编辑技术、跨物种分析等技术揭示piRNA基因的空间聚集可能是piRNA高效转录的一个保守策略。USTC复合物和H3K27me3阅读蛋白UAD-2可以结合在piRNA基因簇上，在减数分离期的生殖细胞中形成约1微米大小的转录凝聚体。研究团队通过活体荧光漂白恢复（FRAP）技术、活体1-6己二醇处理实验和体外生化相分离实验发现，UAD-2可以通过内部无序区和Chromo结构域在piRNA基因簇上形成类似液滴状凝聚体，而USTC组分则形成近似固相凝聚体。研究团队通过正向遗传学筛选揭示了SUMOylation通路参与到piRNA转录的动态调控过程，并且可能是生物环境适应性调控piRNA转录的核心机制之一。

       因此，高密度聚集的piRNA基因通过UAD-2相分离形成转录凝聚体，招募USTC复合物和RNA聚合酶Ⅱ启动异染色质区域piRNA基因的转录；SUMO化通过调控凝聚体动态平衡，实现piRNA表达的时空精确性和环境适应性（图2）。这一机制不仅解释了异染色质区域piRNA高效转录的悖论，也为理解相分离与表观修饰的交叉调控提供了新视角。该研究揭示了piRNA基因密度与SUMO化修饰协同调控转录凝聚体的分子框架，为治疗piRNA通路的生殖相关疾病提供了理论基础。

       研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院先导项目、合肥综合性国家科学中心大健康研究院项目和中国科学技术大学等项目的支持。（伟德国际weide、基础医学院）

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41594-025-01533-5