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RNA干扰的机理及特点


天水师范学院论文(综述)

RNA 干扰的机理及特点
08 生科 2 班:刘小东 (天水师范学院生化学院
摘要: 摘要

指导教师: 指导教师:赵菲仪 甘肃 天水 741001) 741001)

RNAi技术是利用双链RNA降解细胞内同源mRNA而使细胞缺失一定的功能的方法;具有高效性、序

列特异性、高稳定性等特点。总共有触发物的加工、目标mRNA的结合、目标mRNA的降解三个主要过程;作 为一种基因打靶技术,在细胞功能改造、基因治疗、功能基因组学等方面有着重要的作用。 【关键词】:RNAi;mRNA;过程; 特点;意义; 关键词】 ;

RNA Interference Mechanisms and Characteristics
[Abstract]: RNAi technology is the use of double-stranded RNA degradation of cells homologous mRNA leaving the cells missing some function .It is effective, sequence specificity, high stability and other characteristics. There are the three main processes: the trigger processing; the combination of target mRNA target mRNA degradation.As a gene targeting.It is play an important roles in the transformation in cell function, gene therapy, functional gomics and so on. [Key words]: RNAi; mRNA; Process; Features; Significance; ;

RNAi( RNA infterence, RNA 干涉或RNA 干扰)技术是正常生物体内抑制特定基因表 达的一种现象,利用内源或外源双链小RNA ( double stranded RNA, dsRNA) 高效、特异性地 降解细胞内同源mRNA从而关闭相应序列基因的表达或使其沉默的过程, 使细胞靶基因出现缺 失的表型。 也是有机体防范病毒或转座子诱导DNA突变的一种生理机制,这种现象发生在转录 [1] 后水平 , 又称为转录后基因沉默( post transcription-al gene silencing ,PTGS) 。作为近年 来兴起的新型分子生物学技术, 由于介导了精确的基因沉默, 非常适用于阻滞肿瘤细胞或组 [2] [3] 织中异常或突变蛋白的表达 、或者促进肿瘤细胞衰老的作用 。在细胞功能改造、基因治 疗、功能基因组学等方面有着重要的作用,并且越来越受到人们的青睐。 自安德鲁.法尔 1998 年在《nature》上报到了对线虫注射外源双链 RNA 可诱发与该 RNA 高度同源的基因序列的沉默以来。国外先后报道在水蛙、果蝇、斑马鱼、爪蟾及脊椎动物体 内发现有类似的现象
[4]

,在植物的研究中也发现 dsRNA 可以诱导细胞产生反应,将外源性

RNA 及与其同源的内源基因转录产物降解,以防止转座元插入或病毒整合到基因组中导致有 害基因突变,这也是植物抵御病毒入侵的一种防御机制。而在病毒体内也有类似的机制。近 年来, RNAi 研究和应用达到了前所未有的新高度——从 RNAi 机制原理、RNAi 技术在基 因功能研究领域的应用,乃至临床应用等众多领域都有大量突破性成果涌现——RNAi 已经 成为基因功能研究和基因治疗研究等领域的最热门技术之一, 仅仅在首次命名 RNAi 的 8 年

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之后,Andrew Fire 和 Craig Mello 因此荣获 2006 年诺贝尔生理医学奖。 RNAi的 一 、 RNAi的过程 1.触发物的加工 1.触发物的加工 研究发现双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)是RNAi的触发物,其有一段非互补的区 [4] 域将互补的两个区域分开,为了形成一定的结构,非互补区至少含有四个碱基 。通常是细 胞感染病毒复制时RNA合成的中间产物及一些DNA病毒两条互补链转录产物相互结合、 褪火的 [2] 副产物 ;他首先引发与之互补的单链RNA(single-stranded RNA,ssRNA)降解。实验室常用 cDNA文库技术以其的用途来构建相应的载体,再经过质粒系统进行筛选和序列分析。 2.目标mRNA的结合 目标mRNA 2.目标mRNA的结合 在此过程中小分子干扰核糖核酸(short interfering RNA,siRNA)是引物RNA,在此过程 中可对目标mRNA起到定位与引导作用。其特征结构为5磷酸基团和3端的羟基,两条链的3末 m 段各有两个碱基突出与末端。而小干扰RNA起作用的关键是双链RNA能与靶mRNA 相互结合。 其有两个来源: (1)Dicer酶切 在RNAi反应过程中,dsRNA被核糖核酶-Ⅲ(Dicer 酶)切割为21~23 个核苷酸长度的siRNA,siRNA再与含有核酸内切酶的核酶复合物结合形成RNA诱导沉默复 [5] 合体(RNA induced silence complex,RISC) 。 (2)化学合成 在一般的实验中可以利用人工构建针对目标mRNA的siRNA,利用RNAi设 计软件,进行全基因组扫描和序列同源分析,排除那些和其他编码序列同源的序列。再通过 [6] 化学合成,该法一般在癌基因的研究和功能基因组学方面较为常用。周颖、凌斌等 将靶向 EDAG-1基因的特异序列连接到逆转录病毒载体RNAi Ready pSIREN—RetroQ中, 通过转染包 装病毒细胞, 获得含大量病毒上清液感染白血病细胞株K562, 经过嘌呤霉素的筛选, 选出 了抑制EDAG-1基因表达的稳定细胞K562/siRNA。 3.目标mRNA的降解 目标mRNA 3.目标mRNA的降解 上述过程形成的RNA诱导沉默复合体(RNA induced silence complex,RISC)进而识别并与 siRNA具有完全互补序列的同源mRNA 结合,并将之降解,从而引起基因沉默或关闭,导致细 [7] 胞丧失了一定的功能。 郭丽萍, 房殿春等 研究肝癌细胞表明RNAi靶向降低HepG2 肝癌细 胞线粒体膜电位,引起Smac(线粒体来源的胱氨酸酶激活剂( second mitochondriac derived activator of caspase, Smac)) , 引起Smac从线粒体释放入胞浆,进而抑制XIAP基因表达, 促进caspase3 表达增加诱导细胞凋亡,为研究basonuclin基因在卵母细胞发育早期的功能 提供了新的手段。

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RNAi机制的模式图(引自何国平 张思仲) 二 特点 1.高效性 因其在不影响非特异性干扰素途径的情况下可抑制靶基因的表达, 效率明显高于传统的反 义核酸。同时在降解mRNA的过程中,siRNA作为特殊的引物,在依赖于RNA的RNA聚合酶的作 用下,以目的mRNA为模板合成dsRNA,又被降解为新的siRNA重新进入上述循环,起到放 大效应。 2.序列特异性 因为其是根据相应的靶基因由化学合成或由酶切得到, 故它具有特异性和定向性, 只针对靶 基因的mRNA起作用,而不碍及其他细胞的基因或功能。也有研究揭示了一个蛋白家族—— RNA解旋酶参与了RNAi的程,在植物中发现dsRNA诱导了同源序列基因组DNA不对称的甲 [8] 基化也对此过程有一定的影响。李乐军、刘辉等 通过构建G250 shRNA真核表达载体,利用 脂质体转染方法,转染到G250表达阳性的Ket r-3 细胞。显示G250 G250 可能在肾癌的发生 [9] 发展中起着重要调节作用。王宁、王冠军 等研究发现PTTG siRNA对PANC-1细胞的生长有 抑制作用, 发现转染PTTG siRNA 后的细胞中PTTG 的mRNA转录和蛋白表达均较未转染组 明显降低。 三、意义 1.防御病毒的侵染 有研究表明植物的体内存在转录默(PTGS)现象,现已证明这一机制 在多种机体内发挥作用,但不包括脊椎动物和类。 2.移动基因沉默从而保证基因组的稳定 他可以使转座子的双链均被转录,从而形成 dsRNA,介导 RNAi,从而保证基因组的稳定性,也可以通过对染色质进行甲基化修饰,抑制 其转录的过程。 3.抑制蛋白合成及调控机体发育 他可通过碱基配对结合 mRNA,导致 mRNA 的降解或翻译 的抑制, 从而形成具有一定功能缺陷型的生物体, 估计在哺乳动物体内含有约 500 种 miRNA, 大约有 30%的基因被它们调控。 4.提供了一种可操作的工具特异性的抑制基因 RNAi 提供了一种可操作的工具特异性的 抑制基因,可以广泛用于功能性基因组学的研究中。RNA 干扰技术有望成为一种医疗工具, 为以后治疗遗传病指明了方向。 作为近年来兴起的新型基因沉默工具, RNAi技术由于他的特点能够迅速而简单地制备

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某个功能缺失表型,已处于实践应用阶段。尽管取得了一定的成果,但在有些方面还有一些 技术瓶颈有待进一步的研究和发展。在未来, RNAi修饰的手段能够修饰基因或改造基因从而 使特异表达的基因打开或关闭,改变整体的遗传结构和特征, 甚至可组织实现特异基因突变, 给癌症的治疗和细胞功能的改变带来了希望和曙光。 而且随着时间的推移, 在广大科技工作 者的努力下,我们有理由坚信,RNAi技术必将造福人类。 参考文献: 参考文献:
【1】何国,张思仲.RNA干扰分子机制研究进展.中华医学遗传学杂志.2004年4月第21卷第2期。 【2】刘立青,张黎 . 12卷第12期。 【3】张晓伟,秦 薇等. Bmi-1基因对胃癌细胞增殖的影响及机制 .世界华人消化杂志.2009年5月18日; 17(14): 1390-1393。 【4】朱玉贤,李毅等.现代分子生物学.2007年11月第三版. 212-214。 【5】陈爱平,张红玲,宋慧,杨蕊蕊. siRNA对卵巢癌细胞周期及EGFR表达的影响.生物医学工程与临床. 2009年3月第13卷第2 期。 【6】周颖,凌斌,siRNA靶向EDAG-1基因对K562细胞株生长的影响, 中国癌症杂志 2006年第16卷第12 期。 【7】马峻,周红林等,外源性双链RNA对小鼠卵母细胞basonuclin基因表达的影响,中国科学C辑,第32卷 第3期。 【8】李乐军,刘辉,RNAi沉默G250/MN/CAIX基因对肾癌Ketr-3细胞株生物学行为的影响.现代泌尿生殖肿 瘤杂志,2009年6月第1卷第3期。 【9】王宁,王冠军等,小干扰RNA抑制PTTG 基因对人胰腺癌细胞PANC-1侵袭能力的影响,中国实验诊 断学,2009年11月第13卷第11期。 HO-1 活性变化对HIF-1基因表达的影响 .中国现代普通外科进展. 2009年12月第


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