RNA干扰技术的机制

RNA干扰技术的机制

作用机制
　　病毒基因、人工转入基因、转座子等外源性基因随机整合到宿主细胞基因组内,并利用宿主细胞进行转录时,常产生一些dsRNA.宿主细胞对这些dsRNA迅即产生反应,其胞质中的核酸内切酶Dicer将dsRNA切割成多个具有特定长度和结构的小片段RNA（大约21～23 bp）,即siRNA.siRNA在细胞内RNA解旋酶的作用下解链成正义链和反义链,继之由反义siRNA再与体内一些酶(包括内切酶、外切酶、解旋酶等)结合形成RNA诱导的沉默复合物(RNA-induced silencing complex,RISC).RISC与外源性基因表达的mRNA的同源区进行特异性结合,RISC具有核酸酶的功能,在结合部位切割mRNA,切割位点即是与siRNA中反义链互补结合的两端.被切割后的断裂mRNA随即降解,从而诱发宿主细胞针对这些mRNA的降解反应.siRNA不仅能引导RISC切割同源单链mRNA,而且可作为引物与靶RNA结合并在RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRP)作用下合成更多新的dsRNA,新合成的dsRNA再由Dicer切割产生大量的次级siRNA,从而使RNAi的作用进一步放大,最终将靶mRNA完全降解.
　　RNAi发生于除原核生物以外的所有真核生物细胞内.需要说明的是,由于dsRNA抑制基因表达具有潜在高效性,任何导致正常机体dsRNA形成的情况都会引起不需要的相应基因沉寂.所以正常机体内各种基因有效表达有一套严密防止dsRNA形成的机制.
　　怀特黑德生物医学研究所的本杰明·刘易斯等研究人员发现小RNA能通过阻断蛋白质合成的方式调控基因表达.他们借助一个计算模型来确定小RNA和对应的基因,发现了miRNA控制很大一部分生命功能的证据.
　　研究人员比较了人类和狗、鸡、鼠的基因组,对这几个物种共有的蛋白质合成基因与miRNA寻求对应关系.结果发现,尽管这几个物种在3.1亿年前就开始“分家”各自进化,但它们基因组中受miRNA调控的基因都占三分之一左右,而且这些基因在进化过程中都得以保存而未发生变化.刘易斯说,随着更多的基因组数据发布以及实验技术的进步,还可能发现更多的基因是由小RNA调控的.
　　RNAi具有的特征
　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的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Diecer和RISC的酶切反应必须由ATP提供能量.