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RNA干扰综述


RNA 干扰综述

张林存

生技 0911

0920212115

【摘要】 RNA 干扰(RNA interference , : RNAi)是与靶基因序列同源的双链 RNA
诱导的一种特异性的转录后基因沉默现象。 siRNA),小干扰 RNA 与相关的蛋白质 结合成 RNA 诱导沉默复合体(siRNA - induced silencing complex, RISC) , RISC 识别并降解靶 mRNA。现在认为 RNA 干扰是真核生物共有的抗病毒、抗转座子、 抗转基因和抗异常 RNA 的基因组免疫系统。RNA 干扰是一项新兴的基因阻断技 术,该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领 域。

【Abstract】:RNA interference ( RNA interference , RNAi ) is a specific
target gene sequences in double-stranded RNA - induced transcriptional gene silencing . of siRNA ), small interfering RNA and related proteins into RNA -induced silencing complex ( of siRNA - induced silencing complex RISC) and RISC to recognize and degradation of target mRNA . Now believe that RNA interference is a eukaryotic common anti-virus, anti- transposon , anti- genetically modified immune system and anti aberrant RNA genome . RNA interference is a new gene knockdown technology , the technology has been widely used to explore gene function and infectious diseases and malignant tumors of the field of gene therapy .

【关键词】 RNAi、siRNA、基因沉默 :
1998 年, Fire 与 Mello 将与内源性 mRNA 序列同源的双链 RNA(dsRNA) 导 人细胞时,发现 dsR?NA 能高效地降解该 mRNA,从而导致该基因表达的沉默;

他们将此现象命名为 RNA 干扰现象[1] 。在随后的研究中发现,RNAi 广泛存在 于生物界中,如果蝇[2] 、拟南芥菜[3] 及哺乳动物[4] 等。 RNAi 与真菌的共 抑制 (quelling) 及植物中转录后基因沉默(post - transcriptional gene

silencing , PTGS) 存在着非常相似的基因沉默机制。故推测, RNAi 是不同生 物体普遍存在的从 RNA 水平调节基因表达的方式, 代表了一种古老的生物途径。 1 RNAi 的作用机制 RNAi 的作用过程分三个步骤: (1)较长的 dsRNA 被 RNA 核酸内切酶加工成 21-23 nt 的小干扰 RNA(small/short interfering RNA ,siRNA)。 (2) siRNA 与 核酸诱导的沉默复合物 (RNA induced silencing complex , RISC) 结合。 (3)

复合物中的 siRNA 中的原义链与对应的同源 mRNA 交换,原义链解离出来, mRNA 定位在原来原义链位置, 进而被降解。从而在 RNA 水平上抑制靶基因表达。 RNA 干扰技术的关键就是要根据内源或外源性靶序列来设计合成 21-23nt 的 siRNA 或者环状发夹结构 siRNA 表达载体,以某种方式将其导入靶细胞中与靶序 列 mRNA 特异性结合、降解,阻止靶序列继续表达和翻译。 RNAi 的作用机制被认为包括起始阶段、效应阶段、扩增和扩散阶段[7] (图 1) 。起始阶段是较长 dsRNA 在 ATP 参与下被 RNaseIII 样的特异核酸酶切割 加工成 21 - 23nt 的由正义和反义链组成的小干扰 RNA (small interfering

RNA , siRNA)。siRNA 的两条单链末端为 5-磷酸和扛起基,且 3 '.端均有 2 3 个突出的核昔酸。果蝇中的 RNaseIII 样核酸酶称为 Dicer 0 Dicer 有解旋

酶活性并含有 dsDNA 结合域和 PAZ 结构域。 Dicer 的类似物相继在拟南芥、 秀丽线虫及哺乳动物等机体中被发现。 效应阶段是 siRNA 在 ATP 参与下被 RNA 解旋酶解旋成单链,并由其中反义链指导形成 RNA 诱导的沉默复合体( RNA induced silencing -

complex , RISC)。活化的 RISC 在单链 siRNA 引导下识

别互补的 mRNA ,并在 RISC 中的核酸内切酶作用下从 siRNA 引导链中心所对 应的靶基因位置切割靶 mRNA , 最后可能再被核酸外切酶进一步降解,从而干扰

基因表达。 RNAi 能高效特异的阻断基因的表达,在线虫,果蝇体内, RNAi 能 达到基因敲除的效果。 扩增和扩散阶段是指 siRNA 不仅可引导 RlSC 切割靶 RNA , 而且可作为引物在 RNA 依赖的 RNA 聚合酶 (RdRP)作用下以靶 mRNA 为模板合 成新的 dsRNA。新合成的长链 dsRNA 同样可被 RNaseE 样核酸酶切割、降解而 生成大量的次级 siRNA。次级 siRNA 又可进入合成-切割的循环过程,进一步放 大 RNAi 作用。这种合成-切割的循环过程称为随机降解 '性 PCR (random degradative PCR) 。 2 RNAi 的重要特征 ①RNAi 是转录后水平的基因沉默机制。 ②RNAi 具有很高的特异性,只降解与之序列相应的单个内源基因 mRNA。 ③RNAi 抑制基因表达具有很高的效率,表型可以达到缺失突变体表型 的程度,而且相对很少量的 dsRNA 分子(数量远远少于内源 mRNA 的数量) 就能完全抑制相应基因的表达,是以催化放大的方式进行的。 ④RNAi 抑制基因表达的效应可以穿过细胞界限,在不同细胞间长距离 传递和维持信号甚至传播至整个有机体以及可遗传等特点。 ⑤dsRNA 不得短于 21 个碱基,并且长链 dsRNA 也在细胞内被 Dicer 酶 切割为 21 bp 左右的 siRNA,并由 siRNA 来介导 mRNA 切割。而且大于 30 bp 的 dsRNA 不能在哺乳动物中诱导特异的 RNA 干扰,而是细胞非特异性和全 面的基因表达受抑和凋亡。 ⑥ATP 依赖性:在去除 ATP 的样品中 RNA 干扰现象降低或消失显示 RNA 干扰是一个 ATP 依赖的过程。可能是 Dicer 和 RISC 的酶切反应必须由 ATP 提供能量。 3 RNAi 的应用 目前, RNAi 技术已得到广泛应用, 并在许多方面显示出了诱人的前景 .RNAi 干扰技术主要包括 siRNA 的设计、合成、向细胞内导入和沉默效果的检测四个

步骤。首先根据靶基因序列从其起始密码子 AUG 开始向下游寻找 M 核背酸序 列,以 M 和其下游 19 个核苷酸作为设计 siRNA 模板,通过体外合成产生 siRNA ,或者构建能表达 siRNA 的载体,然后利用电转移、微注射和转染等方 法导入细胞。当然,也可以设计和合成 dsRNA 或短发夹 RNA 导人细胞。 3.1 基因功能研究 由于 RNAi 具有高度的序列专一性和有效的干扰活力,可以特异地使特定 基因沉默, 获得功能丧失或降低突变,因此可以作为功能基因组学的一种强有力 的研究工具。 已有研究表明 RNAi 能够在哺乳动物中抑制特定基因的表达,制作 多种表型, 而且抑制基因表达的时间可以控制在发育的任何阶段,产生类似基因 敲除的效应[8] 。与传统的基因敲除技术相比,这一技术具有投入少、周期短、 操作简单等优势,近来 RNAi 成功用于构建转基因动物模型的报道日益增多,标 志着 RNAi 将成为研究基因功能不可或缺的工具。 3.2 抗病毒治疗 目前已经证实,植物中的转录后基因沉默能够抵抗病毒感染。这可能是植 物的一个本能的反应,是植物在长期进化过程中,为了保护自身基因组完整性, 抵御外来核酸入侵一种防卫保护机制。这种机制可能在其他生物中也存在。 3.3 肿瘤治疗 用 RNAi 特异性地抑制癌基因、癌相关基因或突变基因的过度表达,使这 类基因保持在静默或休眠状态,从而有望用这种新的手段治疗各种恶性肿瘤。 RNAi 可应用于 (1)敲除点突变激活的癌基因 (2) 抑制插人基因及融合基因的 表达 (3)抑制基因扩增。 4 前景展望 综上所述,RNAi 可以在不破坏基因结构或不引起基因突变的情况下,敲除某 种基因,以研究它的功能。最重要的是, RNAi 在临床应用上有着独特之处,它 可以特异性地作用于某基因,而没有明显的不良副作用。但作为一个新技术,

RNAi 目前仍有以下几个关键问题需要解决: (1) siRNA 导人胞内的效率低下, 如何有效将 siRNA 转移人体内成为 RNAi 应用的最大障碍 ;(2) 如何在目的基 因序列上选择 21 - 23nt 左右的序列作为 siRNA 的模板,从目前的研究来看, 序列的选择原则尚不清楚 ;(3) 目前 RNAi 机制尚未完全阐明,尤其在哺乳动 物细胞中的研究报道不多;(4) siRNA 的稳定性 (5) 在多基因家族中的非特异 性问题等。 尽管目前的研究离真正应用还有一段距离,但作为一项极具潜力的新 技术, 它将给生命科学带来新的期望。RNA 干扰技术作为一种新的基因阻断技术 方兴未艾, 已经成为人类基因功能研究的得力工具,同时它的应用也为人类早日 攻克病毒感染性疾病以及肿瘤等提供了新的技术手段。相信随着相关技术的成 熟,它必能为人类疾病的治疗作出贡献。 [参考文献] [1] Fire A, Xu S, Montgmery MK , et al. Potent and specific genetic

interference by double-stranded Nature , 1998 ,391 :806 - 811.

RNA in Caenorhabditis elegans[]].

[2] Jorgensen R. Al t ered gene expres sion in plants due to trans interactions between homologous genes. Trends Bi ot echnol, 1990, 8: 340 -344. [3] Chen T, Deng MGC C. Inhibitory - 803 cells effect of siRNA targeting survivin (7):

in canceor

[J]. Int

Immunophannacol , 2008 , 8

1006 -101 1. [4] Wassenegger M, Pelissier T. A model for RNA - mediated gene in higher plant [J]. silencing

Plant Mol Biol , 1998 , 37 :349 - 362.

[5] Janowski BA, Younger ST, Hardy DB, et al. Activating gene expression in mammalian cells with promoter-targeted duplex RNAs. Nat Chem Biol, 2007, 3: 166-73

[6] Lee Y, Hur I, Park SY, et al. The role of PACT in the RNA silencing pathway. EMBO J, 2006, 25: 522-32 [7] Liu JD, Carmell MA, Rivas FV, et al. Argonaute2 is the catalytic engine of mammalian RNAi. Science, 2004, 305:1437-41


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