piRNA-疾病研究最新综述 – 数据库、软件工具、webserver和计算模型

piRNA被世界顶尖科学期刊《Science》评为2006年年度十大科学突破之一。之后有关piRNA的研究也成为CNS文章的常客。

2022年6月7日发表在Briefings in Bioinformatics上的这篇综述为我们整理了39个piRNA特异性和非特异性数据库及生物信息学资源；并根据piRNA的功能，包括piRNA预测，转座元件和mRNA相关的piRNA预测，piRNA簇预测，特征检测，靶点预测和疾病相关性等对33种计算模型进行了回顾；深入分析了公共资源中的piRNA数据，它们对特定人类疾病的影响等。展示了目前piRNA研究的最新地图。

PIWI相互作用RNA（piRNAs）一类长21-35 nt的非编码小RNA，在众多物种中存在：

酵母、蠕虫、果蝇、植物和哺乳动物，以及人类。piRNA最广为人知的功能是保护基因组免受转座子（transposon）的影响，尤其是在生殖细胞中。最新研究数据表明，尽管piRNA在体细胞中表达丰度较低，但是它们在体细胞中具有额外功能。与miRNAs相比，piRNAs数据库和资源有限。

piRNA的产生

通常piRNA簇转录产生单链piRNA前体
piRNA前体从细胞核转运到细胞质
转运到细胞质的piRNA前体被内切核酸酶切割，产生单磷酸化末端，并与PIWI蛋白结合，进入独特的piRNA生物发生通路 – 乒乓循环（ping-pong cycle）。

2，piRNA的功能

成熟piRNA的3’末端包含2’-O甲基化修饰，与PIWI蛋白结合以行使功能，包括通过招募染色质修饰因子抑制转录元件转录，或者类似miRNA的方式通过碱基互补配对识别并切割mRNA。最新研究发现piRNA具有增加翻译，稳定mRNA等功能。

3，piRNA与疾病

作者描述了piRNA在人类疾病，包括在生殖、心脏病、神经疾病和癌症中的作用，并总结了一些与疾病相关的piRNA。

piRNA	疾病
piR-1207、piR-2107、piR-5937、piR-5939	弱精症
has-piR-26399	低生育力
DQ601291、DQ591415、DQ601609、DQ589977、DQ598918	不孕症
hsa-piR-020009、hsa-piR-006426	心衰
DQ593039	慢性血栓栓塞性肺动脉高压
piR-38240、piR-51810、piR-40666、piR-34393	老年痴呆症
piR-48442、piR-43518	帕金森症
piR-4987、piR-20365、piR-20485、piR-20582	乳腺癌
piRNA-14633	宫颈癌
piRNA-54265	结直肠腺癌
piR-55490	肺癌
FR290353、FR064000、FR387750/FR157678	胃腺癌

4，piRNA数据库

作者通过文献检索和人工筛查，总结了39个piRNA数据库，其中14个是piRNA特异性数据库。摘录如下：

数据库	描述
piRBase v3.0	国产综合数据库，覆盖了近40个物种
piRNAbank	最早的piRNA数据库之一，覆盖了human，mouse，rat，果蝇
piRNAdb	覆盖了人，小鼠，大鼠，灰仓鼠，秀丽隐杆线虫
piRNAQuest	覆盖了28个物种
piRPheno v2.0	474个piRNA与204种疾病表型
piRNAclusterDB	唯一的piRNA簇数据库，覆盖约51个物种
SpermBase	精子特异性piRNA数据库，覆盖human，mouse，rat，rabbit
DASHRv2	收集了33种不同人类组织的49765个piRNA表达谱
piRTarbase	piRNA靶数据库

5，piRNA算法与工具

工具	用途
piRNApred	基于RNA序列，结构，热动力学和理化性质进行piRNA预测
PiRPred	基于多核心和支持向量机进行机器学习预测piRNA
Piano	基于转座子和支持向量机的piRNA预测
2lpiRNApred	基于双层（SRC 和SVMMDRBF）算法的mRNA相关piRNA预测
piClust	piRNA簇预测
piRScan	piRNA靶位点预测
piRDA	基于深度学习进行piRNA-疾病预测