PIWI结合RNA（piRNA）是一种长约24-32nt的小非编码RNA，在生殖细胞中特异性表达，在配子发生过程中发挥重要功能。piRNA与PIWI蛋白形成复合物共同行使功能。piRNA的生成方式、生物学功能与另外两种小非编码RNA（miRNA和siRNA）有很大不同。piRNA由前体RNA经过多个步骤的核酸酶切割产生，一条前体RNA可以生成大量不同序列的piRNA。piRNA生成是一个非常复杂的过程，目前已经发现超过20个蛋白参与piRNA生成，这其中包括一系列的核酸外切酶、核酸内切酶、RNA解螺旋酶、RNA甲基转移酶、RNA结合蛋白、分子伴侣、接头蛋白等等。这些蛋白参与piRNA生成的分子机制大部分还很不清楚。生殖细胞中存在一些特有的无膜颗粒结构，这些结构被称为nuage，比如精母细胞中的IMC以及圆形精子细胞中的CB。这些nuage 被认为是piRNA的生成场所以及发挥生物学功能的场所，与生殖细胞发育密切相关。生殖细胞中的无膜颗粒结构是如何形成的以及无膜颗粒结构与piRNA复合物的关系还很不清楚。

piRNA是一种非常古老的小非编码RNA，存在于绝大多数动物的生殖细胞内，包括线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、人类等物种。piRNA最保守的功能是抑制转座子的活性，维持生殖细胞基因组的稳定性。转座子是一种在基因组上可移动的一种遗传因子。46%的人类基因组序列以及39%的小鼠基因组序列来源于转座子。转座子的活性所导致的基因组不稳定性是生物进化的重要驱动力，但同时会威胁个体生存。生殖细胞负责遗传信息的世代传递，其基因组的稳定性对个体和物种维持至关重要。piRNA的主要功能就是在生殖细胞内抑制转座子的活性。piRNA通过多种机制抑制转座子活性，包括DNA甲基化、组蛋白甲基化、RNA降解等。piRNA发挥这些功能的具体机制还有待进一步研究，另外有研究发现piRNA复合物存在其他未知的机制来抑制转座子的活性。除了抑制转座子外，piRNA在哺乳动物中还存在多种生物学功能，例如调控精子发生关键基因的mRNA降解以及翻译激活等等。近期有研究表明piRNA在早期胚胎发育过程中也存在重要功能，这些科学问题都有待进一步研究。

本实验室采用分子、生化、遗传、生物信息学等手段，利用包括转基因小鼠在内的多种动物模型，研究piRNA的生成机制、非编码RNA在生殖细胞发育中的生物学功能、生殖细胞中无膜颗粒结构的形成与功能、转座子的表观遗传调控等关键科学问题。

（*: 第一作者，#:通讯作者）

Jing,J.*,Yang, F.*,Wang, K.*,Cui, M., Kong, N., Wang, S., Kong, F., Zhao, D., Ji, J., Tang, L., Cong, Y.S.,Ding, D.#,and Chen, K.#(2025) UFMylation of NLRP3 prevents its autophagic degradation and facilitatesinflammasome activation. Advanced Science DOI:10.1002/advs.202406786

Wei, C.*, Yan, X., Mann,J.M., Geng, R., Wang, Q., Xie, H., Demireva, E.Y., Sun, L., Ding, D.#,and Chen, C.# (2024). PNLDC1 catalysis and postnatal germline functionare required for piRNA trimming, LINE1 silencing, and spermatogenesis in mice. PLoSGenetics 20(9), e1011429.

Xie, X., Chen, X., Sun, L., Yu, W., Lv, Z., Tian, S., Yao, X.,Wang, C., Wang, F.#, Ding, D.#, Chen, J.#, and Liu, J.# (2024) PARN maintains RNA stability to regulate insulinmaturation and GSIS in pancreatic β cells. Advanced Science DOI:10.1002/advs.202407774.

Gao, J.*, Jing, J.*,Shang, G.*, Chen, C.M., Duan, M., Yu, W., Wang, K., Luo, J., Song, M, Chen, K,Chen, C, Zhang, T., and Ding D.# (2024). TDRD1 phase separationdrives intermitochondrial cement assembly to promote piRNA biogenesis andfertility. Developmental Cell DOI:https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.06.017

Wei, H.*, Gao, J.*,Lin, D.*, Geng, R.*, Liao, J., Huang, T., Shang, G., Jing, J., Fan, Z., Pan, D.,Yin, Z., Li, T., Liu, X., Chen, C., Li, J., Wang, X.#, Ding, D.#, and Liu,M.F.# (2024). piRNA loading triggers MIWI translocation from theintermitochondrial cement to chromatoid body during mouse spermatogenesis. Nature Communications 15, 2343.

Wei, C.*, Jing, J.*,Yan, X., Mann, J.M., Geng, R., Xie, H., Demireva, E.Y., Hess, R.A., Ding, D.#,and Chen, C.# (2023). MIWI N-terminal RG motif promotes efficientpachytene piRNA production and spermatogenesis independent of LINE1 transposonsilencing. PLoS Genetics 19.

Liu, J.*, Hermo, L.*, Ding,D.*, Wei, C., Mann, J.M., Yan, X., Melnick, A.F., Wu, Y., Withrow, A.,Cibelli, J., Hess, R.A., and Chen, C.# (2023). SYPL1 defines a vesicularpathway essential for sperm cytoplasmic droplet formation and male fertility. Nature Communications 14, 5113.

Ding, D.*#, Wei, C., Dong, K.,Liu, J., Stanton, A., Xu, C., Min, J., Hu, J., and Chen, C.# (2020).LOTUS domain is a novel class of G-rich and G-quadruplex RNA binding domain. Nucleic Acids Research 48, 9262-9272.

Ding, D.*, Liu, J.*, Dong, K.,Melnick, A.F., Latham, K.E., and Chen, C.# (2019). Mitochondrialmembrane-based initial separation of MIWI and MILI functions during pachytenepiRNA biogenesis. Nucleic Acids Research 47, 2594-2608.

Ding, D.*, Liu, J., Midic, U.,Wu, Y., Dong, K., Melnick, A., Latham, K.E., and Chen, C.# (2018). TDRD5binds piRNA precursors and selectively enhances pachytene piRNA processing inmice. Nature Communications 9, 127.

Ding, D.*, Liu, J.*, Dong, K.*,Midic, U., Hess, R.A., Xie, H., Demireva, E.Y., and Chen, C.# (2017).PNLDC1 is essential for piRNA 3' end trimming and transposon silencing duringspermatogenesis in mice. Nature Communications 8, 819.

Liu, N.*, Ding, D.*,Hao, W., Yang, F., Wu, X., Wang, M., Xu, X., Ju, Z., Liu, J.P., Song, Z., Shay,J. W., Guo, Y., Cong, Y. S.# (2016). hTERT promotes tumor angiogenesisby activating VEGF via interactions with the Sp1 transcription factor. Nucleic Acids Research 44, 8693-8703.

Ding, D.*, Xi, P.*, Zhou, J.,Wang, M., and Cong, Y.S.# (2013). Human telomerase reverse transcriptaseregulates MMP expression independently of telomerase activity viaNF-kappaB-dependent transcription. FASEB Journal 27, 4375-4383.

1. PIWI结合RNA（piRNA）的生成机制；

2. 以piRNA为代表的非编码RNA在生殖细胞发育中的功能；

3. 转座子（transposon）在生殖细胞发育中的调控机制；

4. 生殖细胞中无膜颗粒结构的形成机制与功能研究；

5. 由基因突变导致的人类不育症的发病机理。