トランスポゾンをゲノムにおける「非自己遺伝子」として選択的に抑制する仕組みが生物には必須である。これを担う因子として、生殖組織で発現するPIWIタンパク質が同定された。ショウジョウバエPIWIタンパク質のうち核に局在するPiwiは、小分子非コードRNAであるpiRNAと複合体を形成し、標的トランスポゾンの転写をH3K9me3修飾やリンカーヒストンH1の安定的な結合を介して制御することが知られており、これにより生殖ゲノムの安定性が維持されている。
Piwiタンパク質が標的遺伝子をサイレンシングする際に形成する複合体構成因子を同定するために、既知の複合体構成因子Panoramix (Panx)に対する抗体を作成し、これを用いた免疫沈降により新たにNuclear export factor 2 (Nxf2)がPanxとPiwiさらに核外輸送因子p15(Nxt1)と複合体を形成することを明らかにした。Nxf2は卵巣特異的に発現し、RNA核外輸送因子Nxf1と類似したドメイン構造をもつことが知られているが、その機能は未知である。ショウジョウバエ個体の解析結果から、Nxf2がPiwiと同様に不妊の原因遺伝子であることを見出した。さらに、培養細胞を用いたNxf2ノックダウン条件下でのRNA-seqおよびChIP-seq解析により、Nxf2はPiwi-piRNA経路でH3K9me3修飾を制御し、標的トランスポゾンを抑制することを示した。加えて、CLIP-seq解析によりNxf2はトランスポゾンの新生RNAにPiwiを安定的に結合させていることを同定した。また、Nxf2を人工的にレポーター遺伝子にテザリングする実験系を用いた解析により、Nxf2による標的遺伝子の転写抑制からH3K9me3修飾やH1結合といったクロマチン状態の変化が起こるまでにはタイムラグがあることを明らかにした。これらの結果から、Piwi-piRNA経路はNxf2を介して標的トランスポゾンの転写を抑制した後に、ヒストン修飾等により抑制状態を維持しているという新たな制御モデルを提唱した。
PIWI-interacting RNAs (piRNAs) are germline-specific small RNAs that form effector complexes with PIWI proteins (Piwi–piRISC complexes) to preserve genomic integrity by repressing transposable elements (TEs). Among PIWI-clade proteins in Drosophila, Piwi transcriptionally silences its targets via heterochromatin formation characterised by H3K9me3 marks and the linker histone H1. Recent studies have shown that Panoramix (Panx) interacts with Piwi–piRISC complexes to induce transcriptional repression of targets mediated by the recruitment of H3K9me3 marks. Here, we identified Nxf2, a nuclear RNA export factor (NXF) variant, as a protein that forms a complex with Panx and Piwi. Nxf2 further associates with p15 (Nxt1), a co-adaptor for nuclear RNA export. However, unlike Nxf1 that plays a major role in mRNA export, Nxf2–p15 instead transcriptionally regulates TEs in the Piwi–piRNA pathway. Panx–Nxf2–p15 complex formation is necessary in the silencing by stabilizing protein levels of Nxf2 and Panx. Notably, ectopic targeting of Nxf2 initiates co-transcriptional repression of the target reporter in a manner independent of H3K9me3 marks or H1. However, continuous silencing requires HP1a and H1. The amino-terminal domain of Nxf2 harbouring RNA binding activity is essential for recruitment of the Piwi–piRISC complex to target TEs. Indeed, Nxf2 directly interacts with target TE transcripts in a Piwi-dependent manner. These findings suggest a model in which the Nxf2–Panx–p15 complex enforces the association of Piwi with target transcripts to trigger co-transcriptional repression, prior to heterochromatin formation in the nuclear piRNA pathway. Our results provide an unexpected connection between an NXF variant and small RNA-mediated co-transcriptional silencing.
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