基因沉默和RNAi技术
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rnai技术原理RNAi技术原理。
RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种特殊的基因沉默技术,通过特异性降解靶基因的mRNA,从而抑制靶基因的表达。
RNAi技术被广泛应用于基因功能研究、疾病治疗和农业生物技术等领域。
本文将介绍RNAi技术的原理及其在生物学研究中的应用。
RNAi技术的原理主要包括三个步骤,siRNA合成、RNA诱导靶基因沉默和RNA诱导沉默的效应。
首先,siRNA由外源DNA转录而来,或由细胞内Dicer酶切割长双链RNA产生。
siRNA由RISC复合物识别并结合,导致RISC复合物介导的靶基因mRNA降解。
最终,靶基因的表达被抑制,从而实现基因沉默的效果。
RNAi技术在基因功能研究中有着广泛的应用。
通过合成siRNA,研究人员可以选择性地沉默感兴趣的基因,从而研究其功能。
利用RNAi技术,研究人员可以验证基因的功能、探索信号通路、筛选药物靶点等。
此外,RNAi技术还被应用于疾病治疗领域。
通过设计siRNA靶向疾病相关基因的mRNA,可以实现对疾病基因的特异性沉默,为基因治疗提供了新的途径。
除此之外,RNAi技术还在农业生物技术领域发挥着重要作用。
利用RNAi技术,可以设计siRNA靶向害虫或病原体的基因,从而实现对害虫或病原体的生物防治。
此外,RNAi技术还可以用于改良作物品质、提高作物产量等方面。
综上所述,RNAi技术作为一种重要的基因沉默技术,具有广泛的应用前景。
通过深入理解RNAi技术的原理,研究人员可以更好地利用这一技术,推动基因功能研究、疾病治疗和农业生物技术等领域的发展。
RNAi技术的不断创新和应用将为生命科学领域带来更多的突破和进展。
基因沉默与RNAi技术定义:基因沉默双是指链RNA被特异的核酸酶降解,产生干扰小RNA(siRNA),这些siRNA 与同源的靶RNA互补结合,特异性酶降解靶RNA,从而抑制、下调基因表达。
RNA干扰是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。
由双链引发的植物RNA沉默,主要有转录水平的基因沉默(TGS)和转录后水平的基因沉默(PTGS)两类:TGS是指由于DNA修饰或染色体异染色质化等原因使基因不能正常转录;PTGS是启动了细胞质靶mRNA序列特异性的降解机制。
有时转基因会同时导致TGS和PTGS。
基因沉默是一种RNA干扰技术。
RNA干扰是由双链RNA 引发的转录后基因静默机制。
其原理是:RNaseIII核酶家族的Dicer,与双链RNA结合,将其剪切成21 - 25nt及3'端突出的小干扰RNA (small interfering RNA,siRNA),随后siRNA与RNA诱导沉默复合物(RNA - induced silencing complex,RISC结合,解旋成单链,活化的RISC受已成单链的siRNA引导,序列特异性地结合在靶mRNA上并将其切断,引发靶mRNA的特异性分解,从而阻断相应基因表达的转录后基因沉默机制.一、基因沉默的分类及其机制(一)转录水平基因沉默转录水平基因沉默是指对基因专一的细胞核RNA合成的失活,它的发生主要是由于基因无法被顺利转录成相应的RNA而导致基因沉默。
转录水平基因沉默可以通过有性世代传递,表现为减数分裂的可遗传性。
引起转录水平基因沉默的机制主要有以下几种:1.基因及其启动子甲基化甲基化是活体细胞中最常见的一种DNA共价修饰形式,通常发生在DNA的CG序列的碱基上,该区碱基甲基化往往导致转录受抑制,该区甲基化的频率在人类及高等植物中分别可达4%和36%。
[4]近来的研究表明,发生在转基因启动子5'端的甲基化是造成转录水平基因沉默的主要原因。
RNA干扰与基因沉默RNA干扰(RNA interference, RNAi)是一种通过特定RNA分子介导的基因沉默机制,被广泛应用于生物学研究、基因治疗等领域。
本文将深入探讨RNA干扰的原理、应用及未来发展方向。
一、RNA干扰的原理RNA干扰是一种高度保守且广泛存在于真核生物中的生物学过程。
它主要通过三种类型的RNA分子实现基因沉默:microRNA (miRNA)、small interfering RNA(siRNA)和Piwi-interacting RNA (piRNA)。
其中,siRNA是最为常见和被广泛应用的一种。
在RNA干扰中,siRNA与RNA诱导酶复合物结合形成RNA诱导沉默复合物(RISC),RISC会通过碱基互补的方式与靶向RNA结合,并介导靶向RNA的降解,从而达到沉默该基因的效果。
这一过程使得基因的转录和翻译被有效地抑制,实现基因的沉默。
二、RNA干扰的应用1. 基因功能研究:RNA干扰技术被广泛应用于基因功能的研究中。
通过设计特定的siRNA,可以实现对目标基因的沉默,从而观察基因沉默对生物体的生理和生化过程产生的影响,揭示基因在细胞和生物体中的作用机制。
2. 疾病治疗:RNA干扰技术在基因治疗领域具有巨大潜力。
通过设计特异性的siRNA,可以实现对致病基因的沉默,从而治疗遗传性疾病、肿瘤和病毒感染等多种疾病。
此外,RNA干扰还可以用于研发新型药物和治疗手段。
3. 植物保护:在植物领域,RNA干扰技术也被广泛应用于植物保护。
通过设计特定的siRNA,可以实现对害虫和病原菌基因的沉默,从而提高作物的抗病虫性,减少对农药的依赖,实现绿色农业的发展。
三、RNA干扰的未来发展方向随着RNA干扰技术的不断发展,未来有望在以下几个方面取得重要进展:1. 靶向性增强:未来的RNA干扰技术将更加注重提高siRNA的靶向性,减少对非靶向基因的影响,从而提高沉黙效率和生物安全性。
2. 交叉学科应用:RNA干扰技术将与生物信息学、纳米技术等学科相结合,开拓全新的应用领域,如基因组编辑、精准医学等。
RNAi技术和基因沉默的机制和应用RNA干扰技术(RNAi)是一种广泛适用于生物科学研究的技术。
它是通过引导小分子RNA介导的基因沉默来抑制基因表达。
RNAi技术最初在植物和昆虫中被发现,但现在已广泛用于哺乳动物和人类细胞和组织中的基因表达调控研究。
在本文中,我们将讨论RNAi技术和基因沉默的原理、机制和应用。
RNAi的基本原理RNAi技术利用RNA分子的寡核苷酸(siRNA)或小干扰RNA (shRNA)来干扰基因的表达。
siRNA是由RNA分子降解酶Dicer切割长双链RNA产生的。
shRNA则是由人工合成的RNA分子。
在细胞内,siRNA或shRNA与蛋白质复合物RISC结合并介导基因沉默。
RNAi可以通过两种方式干扰基因表达。
第一种方式是RNA干扰(post-transcriptional gene silencing,PTGS),其作用在转录后RNA分子级别,导致RNA分子的降解或翻译受阻。
第二种方式是基因组学RNAi(simultaneous silencing of multiple genes,SSMG),其作用在基因组水平,导致染色体的某一区域沉默,从而抑制基因的表达。
RNAi的分子机理RNAi的分子机理是一系列复杂的分子事件。
RNAi起始于RNA分子的降解过程。
在细胞内,RNA分子通过RNA聚合酶复制DNA成为mRNA,而mRNA分子则被转录成蛋白质。
RNAi的分子机理是通过RNA分子的降解来干扰基因的表达。
RNA分子的降解分为两个步骤:第一个是dsRNA(双链RNA)的特异酶Dicer的作用分解成siRNA。
第二步骤是siRNA与RISC(RNA诱导的沉默复合物)结合,选择性攻击与siRNA相同序列的mRNA分子,导致mRNA分子的降解或翻译受阻。
这个过程在细胞中形成一个自停反馈回路,使得RNAi可以快速响应和调节基因表达。
RNAi的应用RNAi技术已广泛应用于生物医学研究中的基因调控和治疗。
基因沉默的技巧基因沉默是一种控制基因表达的方法,通过阻断特定基因的转录或翻译过程来抑制基因的功能。
这项技术可以帮助我们研究基因的功能以及疾病的发生机制,并且可以在基因治疗和生物工程中应用。
基因沉默的技巧主要有两种:RNA干扰(RNA interference,RNAi)和CRISPR/Cas9。
下面将详细介绍这两种技术及其应用。
1. RNA干扰(RNAi):RNA干扰是一种通过RNA分子的相互作用来抑制特定基因表达的技术。
它利用小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)或microRNA(miRNA)与靶基因的mRNA结合,形成双链RNA复合体,在细胞内启动RNA降解机制,降解靶基因的mRNA,从而阻断靶基因的转录和翻译。
在实验室中,研究者可以合成特定靶向基因的siRNA或miRNA,并将其转染入细胞中。
为了提高转染效率,研究者通常会使用载体或转染试剂,帮助siRNA 或miRNA进入细胞内。
RNA干扰技术的优点是简便易行、基因特异性高,可以在多种细胞类型中应用,而不仅限于哺乳动物细胞。
在生物医学研究中,RNA干扰技术被广泛应用于基因功能研究、基因治疗、疾病模型的建立等方面。
通过沉默特定基因,研究者可以研究该基因的功能以及与其相关的信号通路;通过沉默病理基因,研究者可以评估基因治疗的潜力,并寻找治疗疾病的新靶点。
2. CRISPR/Cas9:CRISPR/Cas9是一种基因组编辑技术,也可以用于基因沉默。
它利用Cas9蛋白与特定的导向RNA(gRNA)形成复合物,通过与靶基因的DNA序列互补配对,引导Cas9蛋白在特定位点上切割DNA,导致DNA双链断裂。
然后细胞内的修复机制会修复该断裂,并可能导致基因沉默。
CRISPR/Cas9技术的优点是高效、精准、灵活,并且可以在多种生物体内应用。
研究者可以设计特定的gRNA,使其与靶基因的DNA序列完全互补配对,从而实现对该靶基因的沉默。
基因沉默与RNAi技术定义:基因沉默双是指链RNA被特异的核酸酶降解,产生干扰小RNA(siRNA),这些siRNA与同源的靶RNA互补结合,特异性酶降解靶RNA,从而抑制、下调基因表达。
RNA干扰是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。
由双链引发的植物RNA沉默,主要有转录水平的基因沉默(TGS)和转录后水平的基因沉默(PTGS)两类:TGS是指由于DNA修饰或染色体异染色质化等原因使基因不能正常转录;PTGS是启动了细胞质内靶mRNA序列特异性的降解机制。
有时转基因会同时导致TGS和PTGS。
基因沉默是一种RNA干扰技术。
RNA干扰是由双链RNA 引发的转录后基因静默机制。
其原理是:RNaseIII核酶家族的Dicer,与双链RNA结合,将其剪切成21 - 25nt及3'端突出的小干扰RNA (small interfering RNA,siRNA),随后siRNA与RNA诱导沉默复合物(RNA - induced silencing complex,RISC结合,解旋成单链,活化的RISC受已成单链的siRNA引导,序列特异性地结合在靶mRNA上并将其切断,引发靶mRNA的特异性分解,从而阻断相应基因表达的转录后基因沉默机制.一、基因沉默的分类及其机制(一)转录水平基因沉默转录水平基因沉默是指对基因专一的细胞核RNA合成的失活,它的发生主要是由于基因无法被顺利转录成相应的RNA而导致基因沉默。
转录水平基因沉默可以通过有性世代传递,表现为减数分裂的可遗传性。
引起转录水平基因沉默的机制主要有以下几种:1.基因及其启动子甲基化甲基化是活体细胞中最常见的一种DNA共价修饰形式,通常发生在DNA的CG序列的碱基上,该区碱基甲基化往往导致转录受抑制,该区甲基化的频率在人类及高等植物中分别可达4%和36%。
[4]近来的研究表明,发生在转基因启动子5’端的甲基化是造成转录水平基因沉默的主要原因。
基因沉默的原理及应用一、基因沉默的原理基因沉默是指通过RNA干扰(RNA interference,简称RNAi)技术,特异性地抑制特定基因的表达。
基因沉默在生物学研究中具有重要的应用价值,其原理主要包括以下几个方面:1. siRNA的合成与靶向短干扰RNA(short interfering RNA,简称siRNA)是基因沉默的关键分子。
在细胞内,siRNA会与RNA诱导靶向耗竭(RNA-induced silencing complex,简称RISC)结合,形成RNA-蛋白复合体,然后通过匹配特定序列,将复合体定位到目标mRNA上,最终导致mRNA降解、剪接或抑制翻译。
2. miRNA的生成和功能微小RNA(microRNA,简称miRNA)是一类长度约为21-23个核苷酸的非编码RNA分子。
miRNA产生于细胞内,通过与RNA诱导靶向耗竭结合,实现对mRNA的调控。
miRNA主要通过与mRNA的3’非翻译区域互补配对,诱导mRNA的降解或抑制翻译,从而实现目标基因的沉默。
3. RISC的功能和调控RISC是RNA干扰过程中的一个重要复合体,其主要成员包括siRNA或miRNA,以及相关的蛋白质。
RISC在基因沉默中起到关键的作用,通过与靶向RNA结合,实现对mRNA的调控。
RISC中的蛋白质能够辅助siRNA或miRNA与靶向RNA的杂交,并促进靶向RNA的降解或抑制翻译。
二、基因沉默的应用基因沉默技术已经在许多领域展现出广阔的应用前景,一些典型的应用包括:1. 研究基因功能基因沉默可以通过抑制特定基因的表达,来研究该基因在生物体中的功能。
通过沉默特定基因后,研究人员可以观察到沉默基因对生物体的影响,从而揭示出特定基因在生物体发育、代谢、免疫等方面的作用,为相关研究提供有力的证据。
2. 治疗基因相关疾病基因沉默技术在治疗基因相关疾病方面具有巨大的潜力。
通过针对病因基因进行沉默,可以有效地抑制病因表达,从而达到治疗目的。
RNA干扰和基因沉默的机制和应用自从1953年获得DNA双螺旋结构的决定后,DNA研究一直是遗传学和生物学领域最活跃和最令人兴奋的领域之一。
虽然DNA质量对于维持机体生命至关重要,但研究人员逐渐发现,其实RNA的重要性也不可忽视。
特别是,随着RNA干扰(RNAi)技术的进展和应用,RNA研究逐渐成为研究病理生理学等一系列相关自然科学和人科学的新课题。
本文将介绍RNAi的基本概念、基本机制及其应用。
一、RNAi的基本概念RNAi是一种稳定的表观遗传现象,通过RNA间的纽带直接切断某些mRNA的翻译,从而间接调控基因表达。
简而言之,RNAi是RNA与RNA之间的相互丰富,通过表观的方式影响了它们的整体阐述,并最终影响表达基因的数量。
就像一个人穿上衣服后,呈现出不同的气质和感觉。
RNAi技术最重要的应用领域之一是通过RNAi实现特定疾病发生相关的基因功能分析、开发潜在靶点。
对于RNAi的发现,2006年因RNAi发现而获得诺贝尔生理学或医学奖的安德鲁Z·法尔克诺斯特是非常重要的。
他发现了关于RNAi和基因沉默机制中的主要存在形式:RNA介导基因沉默(RdR)。
的确,总体而言,RNAi机制包括两个主要过程:1. siRNA(小干扰RNA)介导的RNA降解和翻译抑制;2. miRNA(微干扰RNA)介导的复杂基因表达调控。
其中siRNA通过RNA复合物定向切断目标mRNA,直接使其降解,是RNA干扰的重要途径。
而miRNA则通过结合到mRNA的3'非翻译区和保序区中,抑制mRNA翻译或促进mRNA分解。
需要注意的是,目前普遍认为,RNAi的机制不止于此,还需要更多研究来完全理解其本质。
二、RNAi的基本原理其中,RNA介导的基因沉默机制(RdR)是RNA干扰和基因沉默中的一个关键步骤。
这是一种通过RNA介导直接催化DNA合成反应的反式转录(RT)过程。
反转录过程分为两个具体步骤:1. 由RNAvirus细胞(如HIV-1)反向移植RNA载体,生成相应RNA-DNA 杂合物(RRA);2. 根据异源链与靶DNA同源区的配对,RdRp引导反向DNA合成,并根据DNA合成完成双链DNA修复。
RNA干扰和基因沉默近年来,RNA干扰技术的发展受到了广泛的关注和研究。
RNA干扰(RNA interference,RNAi)是由一系列RNA分子诱导的靶向基因沉默现象,这种现象在真核生物中普遍存在。
RNA干扰发现后,引起了科学家的极大兴趣,迄今已成为从基因沉默和抗病毒到遗传调控和信号转导等多个领域中最热门的研究领域之一。
RNAi技术以其靶向基因的特点,被广泛应用于生物学、生物技术、医学和农业等领域,对研究生命现象和开发新型治疗手段具有巨大的潜力和应用前景。
RNA干扰的原理RNA干扰是RNA分子诱导基因沉默的过程。
RNAi技术通过切割mRNA分子来干扰基因的表达,从而间接沉默了与之相应的基因。
RNA干扰的原理是通过小分子RNA分子特异性地识别某一靶基因,然后与特定酶作用使其进行切割,从而阻碍其表达或使其自行降解。
在这个过程中,先是Dicer酶切割成小分子的干扰RNA(siRNA)或microRNA(miRNA),然后这些小分子RNA与RNA诱导复合物(RISC)结合,形成RISC-RNA复合体,接着这个复合体结合靶序列,使靶基因mRNA水解切割为短缺发挥功能的小碎片。
RNA干扰的应用RNA干扰的应用非常广泛,通常分为两类:基础研究和应用研究。
在基础研究方面,RNA干扰可用于探究靶基因的功能、信号转导途径以及蛋白质互作网络等。
例如,科学家可以通过RNA干扰技术将靶基因沉默,然后观察处理后的细胞生长、分化、凋亡或蛋白质表达等特性,并进一步探究靶基因在这些过程中所扮演的角色,在细胞和生物体水平上揭示靶基因的生物学功能及相应的分子机制。
在应用研究方面,RNA干扰技术被广泛用于制定治疗方案,例如研发针对癌症、病原体感染、心血管疾病等的新型RNAi药物。
这些药物利用RNA干扰技术靶向性地诱导肿瘤细胞或病原体表达特定蛋白的基因沉默,并进一步抑制相应蛋白的表达,从而实现治疗的目的。
RNA干扰和基因沉默的发展历程RNA干扰技术最早起源于寻找阿拉米汀合成酶基因的过程中。
基因沉默与RNAi技术定义:基因沉默双是指链RNA被特异的核酸酶降解,产生干扰小RNA(siRNA),这些siRNA 与同源的靶RNA互补结合,特异性酶降解靶RNA,从而抑制、下调基因表达。
RNA干扰是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。
由双链引发的植物RNA沉默,主要有转录水平的基因沉默(TGS)和转录后水平的基因沉默(PTGS)两类:TGS是指由于DNA修饰或染色体异染色质化等原因使基因不能正常转录;PTGS是启动了细胞质内靶mRNA序列特异性的降解机制。
有时转基因会同时导致TGS和PTGS。
基因沉默是一种RNA干扰技术。
RNA干扰是由双链RNA 引发的转录后基因静默机制。
其原理是:RNaseIII核酶家族的Dicer,与双链RNA结合,将其剪切成21 - 25nt及3'端突出的小干扰RNA (small interfering RNA ,siRNA),随后siRNA与RNA诱导沉默复合物(RNA - induced silencing complex,RISC结合,解旋成单链,活化的RISC受已成单链的siRNA引导,序列特异性地结合在靶mRNA上并将其切断,引发靶mRNA的特异性分解,从而阻断相应基因表达的转录后基因沉默机制.一、基因沉默的分类及其机制(一)转录水平基因沉默转录水平基因沉默是指对基因专一的细胞核RNA合成的失活,它的发生主要是由于基因无法被顺利转录成相应的RNA而导致基因沉默。
转录水平基因沉默可以通过有性世代传递,表现为减数分裂的可遗传性。
引起转录水平基因沉默的机制主要有以下几种:1.基因及其启动子甲基化甲基化是活体细胞中最常见的一种DNA共价修饰形式,通常发生在DNA的CG序列的碱基上,该区碱基甲基化往往导致转录受抑制,该区甲基化的频率在人类及高等植物中分别可达4%和36%。
[4]近来的研究表明,发生在转基因启动子5'端的甲基化是造成转录水平基因沉默的主要原因。
虽然转基因的甲基化可延伸至转基因的3'端,但甲基化过程均是从启动子区域开始的。
从所报道的转基因沉默例子来看,几乎所有的转基因沉默现象与转基因及其启动子的甲基化有关。
2.同源基因间的反式失活反式失活主要是由于拥有同源序列的沉默位点和其他位点的DNA的相互作用而引起的基因沉默。
通过顺式作用而甲基化并失活的基因能作为一种"沉默子",对其他与之分离的具有同源性的靶基因施加一种反式作用,使具有同源序列的靶基因发生甲基化并导致失活。
反式失活的靶基因既可以与沉默基因是等位基因,也可以是非等位基因。
3.后成修饰作用导致的基因沉默后成修饰作用是指转基因的序列和碱基组成不发生改变,但是其功能却在个体发育的某一阶段受到细胞内因子的修饰作用后而关闭。
这种修饰作用所造成的转基因沉默是可以随着修饰作用的解除而被消除。
后成修饰作用导致的转基因沉默与受体植物的核型构成有关。
4.重复序列外源基因如果以多拷贝形式整合到同一位点上,形成首尾相连的正向重复或头对头、尾对尾的反向重复,则不能表达,而且拷贝数越多,基因沉默现象越严重。
这种重复序列诱导的基因沉默与在真菌中发现的重复序列诱导的点突变相类似,均可能是重复序列间自发配对,甲基化酶特异性识别这种配对结构而使其甲基化,从而抑制其表达。
5.位置效应位置效应是指基因在基因组中的位置对其表达的影响。
当外源基因整合到高度甲基化、转录活性低的异染色质区域时,外源基因一般表现沉默,这说明毗邻DNA的甲基化和异染色质化对插入的外源基因影响很大,可能导致外源基因在转录水平上失活。
如果转基因插入转录不活跃区域或异染色质区域,转基因通常会融人该区域的染色质结构,使转基因进行很低水平的转录,或使转基因发生异染色质化而导致转基因沉默。
(二)转录后水平基因沉默转录后水平基因沉默是指基因在细胞核内能稳定转录,但在细胞质里却无相应稳定态mRNA存在的现象。
与转录水平基因沉默不同,转录后水平基因沉默具有逆转性,即受抑制基因通过减数分裂可以恢复表达活性,表现为减数分裂不可遗传性。
目前发现主要有以下几种转录后水平基因沉默现象。
1.共抑制共抑制是最常见的转录后水平基因沉默。
这一现象首先由Napoli在转CHS基因的矮牵牛花中发现。
共抑制现象普遍存在于转基因植物中。
共抑制的发生是由于外源基因编码区与受体细胞基因间存在同源性而导致外源基因与内源基因的表达同时受到抑制。
具有同源性的外基因和内源基因在细胞核内的转录速率很高,但在细胞质内无mRNA积累,是典型的转录后水平基因沉默。
若导入的外源基因与内源基因无序列同源性,外源基因自身也常常会发生转录后水平基因沉默。
有关研究发现,共抑制的产生不仅同内、外源基因间编码区的同源性有关,还与控制外源基因的启动子的强度等因素有关。
2.基因压制Cogoni等在粗糙脉抱霉的转化实验中发现,外源基因可以抑制自身和相应内源基因的表达,他们把这一现象定为基因压制。
Cogoni等是以类胡萝卜素生物合成基因albino-1作为视觉报道基因来研究基因压制的。
他们发现,基因压制是可逆的,而且这种逆转会伴随有外源拷贝的丢失。
基因压制发生在转录后水平,导致已复制的稳定态mRNA大量减少。
3.RNA干扰RNA干扰是1998年Fire首次在秀丽线虫中发现并证明属于转录后水平的基因沉默。
利用小片段双链RNA可以特异性地降解相应序列的mRNA,从而特异性地阻断相应基因的表达。
RNA干扰广泛存在于从真菌到植物、从无脊椎动物到哺乳动物的各种生物中。
RNAi的作用机制目前尚不完全清楚,学者们在线虫、果蝇、植物和动物卵细胞的RNAi实验中,最近相继发现了一些与RNAi作用相关的酶和蛋白,如dsR-NA特异性核酸内切酶、RNA依赖性RNA聚合酶、Argonaute蛋白等。
现已初步阐明RNAi的作用机制如下:各种dsRNA通过各种转染技术转入细胞内,较长dsRNA被Dicer的RNA酶Ⅲ样特异性核酸内切酶切割产生21~23nt的小干扰RNA,siRNA两条单链末端为5'-磷酸和3′-羟基,且3′端都有2~3个突出的核苷酸。
核酸内外切酶、ATP、解旋酶与Arg-onaute蛋白相连进而与siRNA一起形成具有多个亚单元的RNA诱导的沉默复合体RISC中的解旋酶应用ATP解开siRNA双链,使其反义链互补结合到靶向的mRNA上与之相匹配的特异性序列,RISC中的核酸酶降解mRNA,从而使目的基因沉默,产生RNAi现象。
siRNA也能与RISC和mRNA联系在一起,在解开siRNA的双链后,反义RNA链能作为双链RNA合成的一个引物以mRNA为模板,在RISC中的RdRP的作用下形成新的dsRNA,再次被Dicer识别并切断,形成新的siRNA再循环,作用于另外的靶向mRNA。
这种不断放大的瀑布式作用形成大量新的siRNA,使siRNA在短时间内迅速并有效地抑制mRNA翻译形成蛋白质或多肽,从而有效地抑制靶向基因蛋白质或多肽的合成。
onaute蛋白相连进而与siRNA一起形成具有多个亚单元的RNA诱导的沉默复合体RISC中的解旋酶应用ATP解开siRNA双链,使其反义链互补结合到靶向的mRNA上与之相匹配的特异性序列,RISC中的核酸酶降解mRNA,从而使目的基因沉默,产生RNAi现象。
siRNA也能与RISC和mRNA联系在一起,在解开siRNA的双链后,反义RNA链能作为双链RNA合成的一个引物以mRNA为模板,在RISC中的RdRP的作用下形成新的dsRNA,再次被Dicer识别并切断,形成新的siRNA再循环,作用于另外的靶向mRNA。
这种不断放大的瀑布式作用形成大量新的siRNA,使siRNA在短时间内迅速并有效地抑制mRNA翻译形成蛋白质或多肽,从而有效地抑制靶向基因蛋白质或多肽的合成。
二、基因沉默的相关实验技术及其进展目前在基因沉默中主要是RNA干扰的实验技术应用较多,根据靶dsRNA合成的方法可将RNAi技术分为3种。
1.体外化学合成法最为经典的方法,共分4个步骤:(1)化学合成dsRNA;(2)将dsRNA导入宿主细胞;(3)检测靶基因抑制效率;(4)功能研究。
其中,dsRNA合成成本很高,dsRNA转入宿主细胞效率及其在宿主细胞中的稳定性均不确定。
2.体外转录法这种方法采用T7RNA聚合酶,以先合成的DNA链为模板反转录合成dsRNA,从而使合成dbRNA的成本大大降低,但这种方法与化学合成法有相同的缺点。
3.体内载体合成法这是近年来迅速发展起来,克服了前两种方法缺点的新技术。
它是2002年Paddison等首先报道的利用载体在细胞体内稳定地表达siRNA,从而抑制哺乳动物细胞靶基因表达的方法。
其基本思路如下:细胞内存在RNAplymeraseⅢ,它可以识别U6启动子,从而使启动子后的基因转录成RNA。
当模板连续出现3~5个"T"碱基时,转录就会终止。
根据这一机制,可以设计一种能表达RNA的质粒,其组成包括4部分:(1)常用质粒的基本序列;(2)U6启动子,位于克隆位点的上游;(3)克隆位点;(4)RNAi模板序列(DNA)。
这部分序列具有如下特点:含RNAi序列,对哺乳动物而言,通常为21~23个核苷酸;发夹结构环状部分,通常有4~7个核苷酸;靶序列的反向互补序列;3~5个核苷酸"T"。
将具有如上结构的质粒导入细胞内,体内的RNAplymeraseⅢ就可以合成一条RNA链,这条RNA链可以通过两端的21个左右的核苷酸反向互补特性而形成发夹样双链结构,从而起到基因抑制作用。
这种技术操作简便,成本低,与直接导入siRNA相比,DNA质粒更易导入细胞内,而且质粒导入细胞后存在时间长且稳定,对靶基因的表达抑制效率高,便于进行较长时间的基因功能研究,因而成为一种热门技术。
近年来多位作者几乎同时报道了利用上述载体技术成功地抑制哺乳动物细胞基因表达的实验。
除质粒载体外,现已有成功地采用逆转录病毒载体和腺病毒载体将表达siRNA的DNA模板序列转移入哺乳动物细胞的报道。
三、基因沉默的应用前景抗肿瘤RNAi具有特异、高效的特点,因此可用于一些肿瘤的治疗。
最近Lin等把针对bcl2基因的mRNAcDNA杂交体转染到人前列腺癌细胞中,产生长时期阻抑表达效应,此效应与体外培养的前列腺癌细胞中的RNAi相似,进而说明哺乳动物中可以发生RNAi。
Milner教授应用RNAi技术特异性地成功沉默了感染HPV的宫颈癌细胞中的HPV基因,宫颈细胞内的V53和RB蛋白恢复正常功能,从而恢复了宫颈细胞内正常的防御功能,使已感染HPV的宫颈癌细胞遭遇自杀,而对其他健康细胞的正常生长和生物学行为无影响。