PIWI-interacting RNA（piRNA）は、生殖組織に特異的に発現する小分子非コードRNAであり、PIWIタンパク質と複合体を形成し、トランスポゾンの発現制御を行うことでゲノムの完全性を維持している。ショウジョウバエのPIWIファミリータンパク質のなかでもPiwiは、抑制性ヒストン修飾であるH3K9me3マークとリンカーヒストンH1を伴うヘテロクロマチン形成を介して標的の転写抑制している。さらに最近、私たちは、Piwiが核内RNA輸出因子Nxf2と複合体を形成していることを明らかにした。
Piwi-piRNAによる制御を受けるクロマチン因子をスクリーニングするために、Chromatin Enrichemnt for Proteomics（ChEP）解析を行った結果、Piwiノックダウン条件下でLaminのクロマチンへの結合量の減少が同定された。さらに、Lamin DamID-seqを用いて、piRNAの標的となるトランスポゾンをコードするクロマチン領域がPiwiおよびNxf2依存的にLaminの近傍に局在していることを明らかにした。これらの変化がゲノム高次構造に影響する可能性を検討するためにHi-C解析を行った結果、PiwiやNxf2を欠損させると、TAD間相互作用が増加し、TAD内相互作用が減少することが明らかとなった。興味深いことに、活性型ヒストン修飾の変化は、クロマチンの核内局在の変化と一致しており、抑制型ヒストン修飾はゲノムの高次構造変化と相関していた。これらの結果は、Piwi-piRNA複合体が核内構造の段階的な変化を引き起こすことで、ヘテロクロマチン形成を促進していることを示唆している。これらの研究成果は、小分子非コードRNAがその制御を介してゲノムの構造をダイナミックに制御していることを示唆する。
PIWI-interacting RNAs (piRNAs) are germline-specific small RNAs that form effector complexes with PIWI proteins to preserve genomic integrity by repressing transposable elements (TEs). Among PIWI-clade proteins in Drosophila, Piwi transcriptionally silences its targets via heterochromatin formation characterized by H3K9me3 marks and the linker histone H1. Recently, we showed that Piwi forms a complex with Nxf2, a nuclear RNA export factor variant. Here, we performed chromatin enrichment for proteomics (ChEP) analysis and detected a decrease of nuclear Lamin association to chromatin upon Piwi depletion. Using Lamin DamID-seq, we further identified those chromatin regions which code piRNA target TEs are localized near Lamins, and both Piwi and Nxf2 are necessary for the localization. Furthermore, Hi-C analysis revealed that depletion of Piwi or Nxf2 results in the decrease of intra-TAD interaction and an increase of inter-TAD interaction, specific to TADs which harbor Piwi–piRNA target TEs. Interestingly, changes of active histone marks were in line with changes in nuclear localization of chromatin, where repressive histone marks were associated with chromatin conformational change. These results suggest that Piwi–piRNA complexes promote heterochromatin formation by causing step-wise changes in nuclear architecture.