rna干涉

rna干涉,又稱RNA干擾(RNA interference, RNAi)是指在進化過程中高度保守的、由雙鏈RNA(double-stranded RNA,dsRNA)誘發的、同源mRNA高效特異性降解的現象。由於使用RNAi技術可以特異性剔除或關閉特定基因的表達,所以該技術已被廣泛用於探索基因功能和傳染性疾病及惡性腫瘤的基因治療領域。

概述

RNAiRNA干涉是在演化保留下來的一個過程,通過該過程,雙鏈RNA誘導目標基因沉默

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1995年,康乃爾大學Su Guo博士在試圖阻斷秀麗新小桿線
蟲(C. elegans)中的par-1基因時,發現了一個意想不到的現
象。她們本是利用反義RNA技術特異性地阻斷上述基因的表達,
而同時在對照實驗中給線蟲注射正義RNA(sense RNA)以期觀察
到基因表達的增強。但得到的結果是二者都同樣地切斷了par-1
基因的表達途徑。這是與傳統上對反義RNA技術的解釋正好相反
的。該研究小組一直沒能給這個意外以合理解釋。
直到1998年2月,華盛頓卡耐基研究院的Andrew Fire和馬薩
諸塞大學醫學院的Craig Mello才首次揭開這個懸疑之謎。通過
大量艱苦的工作,他們證實,Su Guo博士遇到的正義RNA抑制基
因表達的現象,以及過去的反義RNA技術對基因表達的阻斷,都
是由於體外轉錄所得RNA中污染了微量雙鏈RNA而引起。當他們將
體外轉錄得到的單鏈RNA純化後注射線蟲時發現,基因抑制效應
變得十分微弱,而經過純化的雙鏈RNA卻正好相反,能夠高效特
異性阻斷相應基因的表達。該小組將這一現象稱為RNA干擾(RNA
interference ,簡稱RNAi)。

作用機制

病毒基因、人工轉入基因、轉座子等外源性基因隨機整合到宿主細胞基因組內,並利用宿主細胞進行轉錄時,常產生一些dsRNA。宿主細胞對這些dsRNA迅即產生反應,作用機制
其胞質中的核酸內切酶Dicer將dsRNA切割成多個具有特定長度和結構的小片段RNA(大約21~23bp),即siRNA。siRNA在細胞內RNA解旋酶的作用下解鏈成正義鏈和反義鏈,繼之由反義siRNA再與體內一些酶(包括內切酶、外切酶、解旋酶等)結合形成RNA誘導的沉默複合物(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)。RISC與外源性基因表達的mRNA的同源區進行特異性結合,RISC具有核酸酶的功能,在結合部位切割mRNA,切割位點即是與siRNA中反義鏈互補結合的兩端。被切割後的斷裂mRNA隨即降解,從而誘發宿主細胞針對這些mRNA的降解反應。siRNA不僅能引導RISC切割同源單鏈mRNA,而且可作為引物與靶RNA結合併在RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase,RdRP)作用下合成更多新的dsRNA,新合成的dsRNA再由Dicer切割產生大量的次級siRNA,從而使RNAi的作用進一步放大,最終將靶mRNA完全降解。

RNAi發生於除原核生物以外的所有真核生物細胞內。需要說明的是,由於dsRNA抑制基因表達具有潛在高效性,任何導致正常機體dsRNA形成的情況都會引起不需要的相應基因沉寂。所以正常機體內各種基因有效表達有一套嚴密防止dsRNA形成的機制。

懷特黑德生物醫學研究所的班傑明·劉易斯等研究人員發現小RNA能通過阻斷蛋白質合成的方式調控基因表達。他們藉助一個計算模型來確定小RNA和對應的基因,發現了miRNA控制很大一部分生命功能的證據。

研究人員比較了人類和狗、雞、鼠的基因組,對這幾個物種共有的蛋白質合成基因與miRNA尋求對應關係。結果發現,儘管這幾個物種在3.1億年前就開始“分家”各自進化,但它們基因組中受miRNA調控的基因都占三分之一左右,而且這些基因在進化過程中都得以保存而未發生變化。劉易斯說,隨著更多的基因組數據發布以及實驗技術的進步,還可能發現更多的基因是由小RNA調控的。

RNAi具有的特徵

①RNAi是轉錄後水平的基因沉默機制;

②RNAi具有很高的特異性,只降解與之序列相應的單個內源基因的mRNA;

③RNAi抑制基因表達具有很高的效率,表型可以達到缺失突變體表型的程度,而且相對很少量的dsRNA分子(數量遠遠少於內源mRNA的數量)就能完全抑制相應基因的表達,是以催化放大的方式進行的;

④RNAi抑制基因表達的效應可以穿過細胞界限,在不同細胞間長距離傳遞和維持信號甚至傳播至整個有機體以及可遺傳等特點;

⑤dsRNA不得短於21個鹼基,並且長鏈dsRNA也在細胞內被Dicer酶切割為21bp左右的siRNA,並由siRNA來介導mRNA切割。而且大於30bp的dsRNA不能在哺乳動物中誘導特異的RNA干擾,而是細胞非特異性和全面的基因表達受抑和凋亡;

⑥ATP依賴性:在去除ATP的樣品中RNA干擾現象降低或消失顯示RNA干擾是一個ATP依賴的過程。可能是Dicer和RISC的酶切反應必須由ATP提供能量。

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