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RNA干扰


RNA 干扰
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跳转到: 导航, 搜索 RNAi 示意图 干扰(RNA RNAi)是指一种分子生物学上 RNA 干扰 RNA interference,缩写为 RNAi 由双链 RNA 诱发的基因沉默现象, 其机制是通过阻碍特定基因的翻译 或转录来抑制基因表达。当细胞中导入与内源性 mRNA 编码区同源的 双链 RNA 时,该 mRNA 发生降解而导致基因表达沉默[1] 。与其它基因 沉默现象不同的是,在植物和线虫中,RNAi 具有传递性,可在细胞 之间传播,此现象被称作系统性 RNA 干扰(systemic RNAi)[2][3]。在秀 丽隐杆线虫上实验时还可使子一代产生基因突变, 甚到于可用喂食细 菌给线虫的方式让线虫得以产生 RNA 干扰现象。RNAi 现象在生物中 普遍存在。 RNAi 与转录后基因沉默 转录后基因沉默(post-transcriptional gene silencing and 转录后基因沉默 transgene silencing)在分子层次上被证实是同一种现象[来源请求]。 在转基因的矮牵牛花中所观察到的 RNA 干扰现象[4] RNA 干扰现象是 1990 年由约根森(Jorgensen)研究小组在研究查尔 酮合成酶对花青素合成速度的影响时, 为得到颜色更深的矮牵牛花而 过量表达查尔酮合成酶,结果意外得到了白色和白紫杂色的矮牵牛

花, 并且过量表达查尔酮合成酶的矮牵牛花中查尔酮合成酶的浓度比 正常矮牵牛花中的浓度低 50 倍。约根森推测外源转入的编码查尔酮 合成酶的基因同时抑制了花中内源查尔酮合成酶基因的表达[5]。 1992 年,罗马诺(Romano)和 Macino 也在粗糙链孢霉中发现了外源 导入基因可以抑制具有同源序列的内源基因的表达[6]。1995 年,Guo 和 Kemphues 在线虫中也发现了 RNA 干扰现象[7]。 1998 年,安德鲁·法厄(Andrew Z. Fire)等在秀丽隐杆线虫 (C.elegans)中进行反义 RNA 抑制实验时发现,作为对照加入的双 链 RNA 相比正义或反义 RNA 显示出了更强的抑制效果[1]。 从与靶 mRNA 的分子量比考虑, 加入的双链 RNA 的抑制效果要强于理论上 1:1 配对 时的抑制效果, 因此推测在双链 RNA 引导的抑制过程中存在某种扩增 效应并且有某种酶活性参与其中。并且将这种现象命名为 RNA 干扰。 2006 年,安德鲁·法厄与克雷格·梅洛(Craig C. Mello)由于在 RNAi 机制研究中的贡献获得诺贝尔生理及医学奖。

[编辑] 机制
[编辑] siRNA

RNA 干扰现象的机理[8] RNA 干扰作用是通过一类较稳定的中间介质实现的。对植物的研究证 明,双链 RNA 复合体先降解成为 35nt 左右的小 RNA 分子,然后他们 通过序列互补与 mRNA 结合,从而导致 mRNA 降解[9][10]。对果蝇的研究 证明,长度为 21~23nt 的小 RNA 分子是引起 RNA 干扰现象的直接原 因[11][12]。这种小 RNA 分子被称之为小干扰 RNA(small interfering RNA,siRNA)。 在 RNA 干扰中一个非常重要的酶是 RNaseIII 核酶家族的 Dicer。它 可与双链 RNA 结合, 并将其剪切成 21~23nt 及 3'端突出的小分子 RNA 片断,即 siRNA。随后 siRNA 与若干个蛋白组成的,RNA 引起的称之 为 RNA 诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC) 结合,解旋成单链, 并由该复合体主导 RNAi 效应[13]。 RISC 被活化后, 活化型 RISC 受已成单链的 siRNA 引导(guide strand),序列特异

性地结合在标靶 mRNA 上并切断标靶 mRNA,引发靶 mRNA 的特异性分 解。 迄今为止已鉴定出包括 Dicer 在内的若干个与 RNAi 有关的蛋白因子
[来源请求]

。在果蝇(Drosophila melanogaster)RISC 中,已知存在着

称为 Argonaute2(AGO2)的因子,AGO2 蛋白的表达受到抑制时,RNAi 效应缺失,也就是说 AGO2 是果蝇 RNAi 机制的必须因子[来源请求]。研究 表明 Argonaute 家族蛋白具有 RNA 切割酶活性(slicer activity), RNAi 机制正是由 Argonaute 家族蛋白的 RNA 切割酶活性主导[来源请求]。 另外,几个 RNA 解旋酶(RNA helicase)也被鉴定为参与 RNAi 机制 的因子[来源请求]。在秀丽隐杆线虫(C. elegans)的 RNAi 中必须的因子 有 EGO1[来源请求],这是一种 RdRP(RNA-dependent RNA Polymerase),植 物中也存在该蛋白同系物。RNAi 中 RdRP 是将标靶 mRNA 作为模板, 以导入的 dsRNA(或 siRNA)作为引物合成 RNA,在细胞内针对于标 靶 mRNA 合成新 siRNA 的酶。这一反应在一些生物的 RNAi 中为必须, 但 RdRP 活性在人和果蝇的 RNAi 中是非必须的, 这说明在不同物种之 间 RNAi 机制的基本框架虽然相同,但存在着微妙差异[来源请求]。
[编辑] microRNA

在真核生物当中,还存在另外一种小分子 RNA(microRNA)也能引起 RNA 干扰现象。microRNA 大多 20-22nt 长,前体具有类似发夹性的茎 环结构。microRNA 产生于该茎环结构的双链区。其特点与 siRNA 基 本上相同[14]。

[编辑] RNA 干扰的作用

2001 年,Tuschl 等将 siRNA 导入到哺乳动物细胞中并由此解决了在 哺乳细胞内导入长的双链 RNA 时引发的干扰素效应, 由此拓展了 RNAi 在基因治疗上应用前景[来源请求]。RNAi 机制普遍存在于动植物,尤其是 低等生物中[15]。因此被认为是进化上相对保守的基因表达调控机制[来
源请求]

。一种假说为[15],RNAi 机制是作为在 RNA 水平上抵御病毒入侵的

防御机制而存在的。在病毒自身基因组所包含的,或在病毒复制过程 中产生的双链 RNA 可以被 Dicer 识别,从而引起病毒 RNA 降解。但是 许多病毒为抵抗宿主的 RNA 干扰机制, 会产生抑制宿主 RNA 干扰的蛋 白,以保护病毒基因在宿主体内的顺利复制。已经发现的可以抑制宿 主 RNA 干扰的病毒蛋白有 potyviruses 编码的 HC-PRO 蛋白、马铃薯 X 病毒编码的 Cmv2b 蛋白、兽棚病毒编码的 B2 蛋白等[16]。 RNA 干扰也是抑制破坏基因结构的一种 DNA 片段转录子活性的重要方 式。转录子通常以逆转录的方式在基因组中扩增。在逆转录过程中产 生的双链 RNA 分子可以被 Dicer 识别,从而被降解[15]。 目前发现[来源请求],RNAi 机制中的相关一些因子如内源性双链 RNA 及蛋 白因子可以在多种层次上对基因表达进行调控,其范围已经超越了 PTGS(post transcriptional gene silencing),如 RNAi 机制同样 参与了转录水平上的基因表达调控过程中。

[编辑] 应用

RNAi 在基因沉默方面的具有高效性和简单性,所以是基因功能研究 的重要工具。大多数药物属于标靶基因(或疾病基因)的抑制剂,因 此 RNAi 模拟了药物的作用,这功能丢失(LOF)的研究方法比传统的 功能获得(GOF)方法更具优势。因此, RNAi 在今天的制药产业中是 药物靶标确认的一个重要工具。同时,那些在靶标实验中证明有效的 siRNA/shRNA 本身还可以被进一步开发成为 RNAi 药物。 在药物标靶发现和确认方面,RNAi 技术已获得了广泛的应用。生物 技术公司或制药公司通常利用建立好的 RNAi 文库来引入细胞,然后 通过观察细胞的表型变化来发现具有功能的基因。如可通过 RNAi 文 库介导的肿瘤细胞生长来发现能抑制肿瘤的基因[来源请求]。一旦所发现 的基因属于可用药的靶标 (如表达的蛋白在细胞膜上或被分泌出细胞 外),就可以针对此靶标进行大规模的药物筛选。此外,被发现的靶 标还可用 RNAi 技术在细胞水平或动物体内进一步确认[来源请求]。 在疾病治疗方面, 双链小分子 RNA 或 siRNA 已被用于临床测试用于几 种疾病治疗,如老年视黄斑退化、肌肉萎缩性侧索硬化症、类风湿性 关节炎、肥胖症等。在抗病毒治疗方面,帕金森病等神经系统疾病已 经开始初步采用 RNA 干扰疗法。 肿瘤治疗方面也已经取得了一些成果
[17]




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