PIWI-interacting RNA（piRNA）は、生殖細胞特異的に発現する小分子RNAであり、PIWIタンパク質と複合体（PIWI-piRNA複合体）を形成し、トランスポゾン（転移因子）を抑制することでゲノムの安定性維持に主要な役割を果たしている。ショウジョウバエのPiwiは、ヘテロクロマチン形成を介して標的トランスポゾンを抑制する。PiwiとRNA核外輸送タンパク質バリアントであるNxf2を含む複合体が形成され、この複合体が引き起こすH3K9me3ヒストン修飾やリンカーヒストンH1の結合により転写が抑制される。本研究では、ChEP法とDamID-seq法を用いて、Piwi/Nxf2に依存したpiRNA標的クロマチン領域と核ラミンとの相互作用を明らかにした。PiwiとNxf2を欠損させた細胞のHi-C解析では、piRNA標的トランスポゾンを含む領域で、TAD内相互作用が減少し、TAD間相互作用が増加していることが明らかになった。レポーター上にPiwi-piRNA制御を強制的に繋留する実験系を用いて、Piwi-piRNA/Nxf2を介したpiRNA標的クロマチン領域の転写制御を時系列的に解析した。その結果、活性型ヒストン修飾の除去と核膜周辺への局在変化に続いて、クロマチンの構造変化、H3K9me3の付加やH1の結合が段階的に起こることが明らかとなった。以上の結果から、Piwi-piRNA経路がトランスポゾン領域の転写制御にあたり段階的に形成する核内構造体の実態を明らかにすることができた（Iwasaki et. al., The EMBO Journal 2021; Ohtani et. al., Development, Growth & Differentiation 2021）。
さらに、Piwi-piRNA制御の哺乳類での保存性を解明するため、ハムスターをモデル生物とした解析を進めた。その結果、ハムスターでもショウジョウバエと同様にトランスポゾンの制御を介したゲノム安定性維持機構が生殖組織の正常な発生に必要不可欠であることが明らかとなった（Ishino et. al., Nucleic Acids Research 2021; Hasuwa et. al., Nature Cell Biology 2021）。
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. We identified a silencing complex that plays a central role in transcriptional silencing mediated by Piwi-piRNA. This complex consists of four proteins, Piwi-Panx-Nxf2-p15. Additionally, we identified that this complex is capable of regulating not only the local chromatin state but also nuclear localization and chromatin conformation. Piwi and Nxf2 localize chromatin regions that code piRNA target TEs to the nuclear periphery. Furthermore, depletion of Piwi or Nxf2 results in decreased intra-TAD interactions at those regions. Ectopic targeting of Nxf2 indicated that the regulation initiates by co-transcriptional repression of the target reporter coupling with the removal of active histone marks and nuclear periphery localization. Continuous silencing involves the increase of H3K9me3 marks and H1 and the decrease of intra-TAD interactions. These results suggest that Piwi-piRNA complexes promote heterochromatin formation by causing step-wise changes in nuclear architecture（Iwasaki et. al., The EMBO Journal 2021; Ohtani et. al., Development, Growth & Differentiation 2021）.
Additionally, to elucidate the conserved mechanism of Piwi-piRNA regulation in mammals, we analyzed PIWI-piRNA functions using golden hamster as a model organism. This revealed that the mechanism of maintaining genome stability via transposon regulation is essential for the development of reproductive tissues also in mammals, as in case of Drosophila (Ishino et. al., Nucleic Acids Research 2021; Hasuwa et. al., Nature Cell Biology 2021).
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