SiRNA与RNAi
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RNA干扰(RNA interference, RNAi)是近年来发现的研究生物体基因表达、调控与功能的一项崭新技术,它利用了由小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)引起的生物细胞内同源基因的特异性沉默(silencing)现象,其本质是siRNA与对应的mRNA特异结合、降解,从而阻止mRNA的翻译。RNAi是生物进化的结果,是生物体对病毒基因等外源核酸侵入的一种保护性反应。它普遍存在于各种生物,具有抗病毒、稳定转座子及监控异常表达mRNA的生物学功能。RNA干扰现象不仅能提供一种经济、快捷、高效的抑制基因表达的技术手段,而且有可能在基因功能测定,基因治疗等方面开辟一条新思路。
1 RNAi的历史背景
20世纪20年代,人们发现,植物受到野生型病毒感染后,能产生对另一种亲缘关系相近的病毒的抵抗力。而真正发现双链RNA(dsRNA)能引起基因沉默现象,则在1995年。当时,Guo和Kemphues用反义RNA技术阻断秀丽新小杆线虫(C.elegans)中parl基因的表达时发现反义RNA具有抑制该基因表达的功能,同时正义RNA也同样出现了类似的抑制效应,实验表明正义RNA和反义RNA均能阻抑基因功能表达,而且两者的作用是相互独立的,机制也各不相同。1998年,Fire和Mello等人首次发现dsRNA能够特异地抑制C.elegans中的纹状肌细胞unc-22基因的表达,结果发现dsRNA所引起的基因沉默效应要比单单应用反义RNA或正义RNA强十几倍。而且注射入C.elegans的性腺后,在其第一子代中也诱导出了同样基因的抑制现象,说明在原核生物中,RNAi具有可遗传性。他们将这一现象称为RNAi。因为RNAi作用发生在转录后水平,所以又被称为转录后基因沉默(PTGS)或共抑制。
此后,又在果蝇、锥虫、涡虫、无脊椎动物、脊椎动物、植物、真菌、斑马鱼及哺乳动物等真核生物中发现了RNAi现象。不同领域中的发现促使人们思考它们之间的可能联系。RNAi在果蝇中得到证实的同时,发现转座子翻转移位可启动RNAi,而转座子翻转移位所造成的同源基因沉默很似植物中的共抑制;在线饱霉实验中,发现PTGS过程中所必须的蛋白QDE1与RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)同源,提示PTGS过程中可能涉及到RNA复制及调节作用。同样在植物韧皮部注射dsRNA可遍及扩散到整个植株体产生RNAi;更有趣的是,把线虫浸润到含有dsRNA液体中或喂养表达dsRNA的工程菌也可以诱发RNAi。这种存在揭示了RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。随着研究的不断深入,RNAi的机制正在被逐步阐明,而同时作为功能基因组研究领域中的有力工具,RNAi也越来越为人们所重视。
rnai的原理
RNAi的原理。
RNA干扰(RNA interference, RNAi)是一种由外源双链RNA(dsRNA)介导的基因沉默的现象,是一种高度保守的生物现象,存在于真核生物的细胞中。RNAi技术被广泛应用于基因功能研究、疾病治疗和农业生产等领域。本文将介绍RNAi的原理及其在基因沉默中的作用机制。
RNAi的原理主要包括三个步骤,RNA干扰诱导、RNA干扰信号放大和RNA干扰效应。首先,外源dsRNA或内源miRNA被切割成21-23个碱基的小RNA片段,这些小RNA片段与RNA诱导靶向基因沉默的复合物结合,形成RNA诱导沉默复合物(RISC)。RISC可将小RNA片段的信息传递到靶标mRNA上,导致mRNA的降解或翻译抑制,从而实现基因的沉默。
RNAi在基因沉默中的作用机制主要涉及到两种小RNA,siRNA和miRNA。siRNA是由外源dsRNA切割产生的,可以完全匹配靶标mRNA序列,导致mRNA的降解;miRNA则是由内源基因产生,与靶标mRNA序列部分匹配,主要导致翻译抑制。siRNA和miRNA都能通过RISC介导的方式实现基因的沉默,从而调控细胞的生理过程。
RNAi技术在基因功能研究中有着重要的应用。通过合成siRNA或miRNA,可以特异性地沉默目标基因,从而研究其在细胞信号传导、代谢途径、细胞周期等生物学过程中的作用。此外,RNAi技术还可以应用于疾病治疗,例如利用siRNA沉默病毒基因或致病基因,治疗病毒感染或遗传疾病。在农业生产中,RNAi技术也可以用于抗虫、抗病和改良作物品质等方面。
总之,RNAi作为一种高效、特异性的基因沉默技术,已经成为生命科学研究和生物技术应用中的重要工具。通过深入理解RNAi的原理和作用机制,我们可以更好地利用这一技术,推动基因功能研究、疾病治疗和农业生产的发展。
sirna转染原理
siRNA转染原理。
siRNA(small interfering RNA)是一种短链RNA分子,可以在细胞内特异性地沉默基因表达。siRNA转染作为一种常用的实验技术,被广泛应用于基因功能研究、药物靶点筛选和疾病治疗等领域。siRNA转染的原理是通过siRNA分子的引导,将特定基因的mRNA降解,从而抑制该基因的表达。下面将详细介绍siRNA转染的原理及其在实验中的应用。
首先,siRNA转染的原理是基于RNA干扰(RNA interference,RNAi)的机制。当siRNA分子进入细胞内后,它会与RISC(RNA-induced silencing complex)结合,形成siRNA-RISC复合物。siRNA-RISC复合物会识别并结合到靶基因的mRNA上,然后RISC中的核酸酶活性将靶mRNA特异性降解,从而导致该基因的表达受到抑制。
其次,siRNA转染的关键在于siRNA分子的设计。siRNA通常由21-23个碱基组成,其中包括一个“sense”链和一个“antisense”链。这两条链通过互补配对形成双链结构,其中antisense链与靶基因的mRNA序列互补配对,从而介导mRNA的降解。在siRNA设计过程中,需要避免与其他基因的mRNA序列互补配对,以确保siRNA的特异性。
另外,siRNA转染的效率受到细胞内siRNA释放和稳定性的影响。siRNA需要通过转染试剂或载体进入细胞内,然后被释放到细胞质中。在细胞内,siRNA还需要避免被核酸酶降解,以保持其稳定性和活性。因此,选择合适的转染试剂和siRNA转染条件对于siRNA转染的效果至关重要。
最后,siRNA转染在实验中的应用包括基因沉默实验、基因功能研究、药物靶点筛选和疾病治疗等。通过siRNA转染,研究人员可以有针对性地沉默特定基因,观察其对细胞功能和生物学过程的影响,从而揭示基因的功能和调控机制。此外,siRNA转染还被应用于药物靶点的筛选和疾病治疗研究中,为新药的研发和临床治疗提供重要的实验依据。
1 什么是siRNA和RNAi
双链RNA经酶切后会形成很多小片段,称为siRNA,这些小片段一旦与信使RNA(mRNA)中的同源序列互补结合,会导致mRNA失去功能,即不能翻译产生蛋白质,也就是使基因“沉默”了。
RNA干扰(RNAinterference,RNAi)是由双链RNA引发的转录后基因静默机制,它通过生物体内siRNA介导识别,特定RNA水解酶参与,并靶向切割同源性靶mRNA。实现RNA干扰现象是真核生物中普遍存在的抵抗病毒等外来入侵、抑制转座子活动、调控基因表达的监控机制。目前RNA干扰技术已成功用于基因功能和信号转导系统上下游分子相互关系的研究。随着研究的不断深入,RNAi的机制正在被逐步阐明,大量的论文被发表,成百上千的专利被授权或递交申请,而同时作为功能基因组研究领域中的有力工具以及新药开发的诱人前景,RNAi也越来越为人们所重视。
RNAi技术发展历程
1998:植物基因中基因沉默现象的发现
2000:哺乳动物细胞中基因沉默的实现
2001:被《科学》评为当年十大科技突破之一
2003:动物体内观察到RNA干扰作用
2004:在恒河猴上的SARS病毒研究取得进展
2004:Acuity Pharmaceutical 第一个RNA干扰药物申请IND
2004:siRNA Therapeutics 第一个RNA干扰药物申请IND
2005:第一个RNA干扰药物进入一期临床,取得良好的效果
2005:化学修饰的siRNA oligo 体内系统给药取得突破
2006:诺贝尔医学奖授予两美国RNAi技术专家
2007:美国卫生研究院(NIH)组建首个RNAi委员会,旨在为NIH 的科学主管给出有关如何尽可能改善他们对RNAi 技术的评估
截止2008年:已有七项核酸干扰药物项目在美国进入临床试验,其中,有一项药物已经推入到第III期临床试验
RNAi 2006诺贝尔医学奖述评