转录水平sirna介导基因沉默

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1、转录水平siRNA介导的基因沉默左刚毛建平*（军事医学科学院放射和辐射医学研究所北京100850）摘要siRNA(smallinterferenceRNA)在转录后水平有效地沉默基因表达的现象称为RNAi(RNAinterference,RNA干涉),传统认为它能在转录后水平上有效地沉默基因的表达(posttranscriptionalgenesilence,PTGS)。然而，最近实验研究表明，siRNA是一些甲基化转移酶活化的起始信号，在siRNA的作用下，甲基化转移酶使DNA区域包括胞嘧啶鸟嘌呤核苷酸连续区（称为CG岛），CNG（N：A/T/C/G），CHH（

2、H：A/C/T）中的胞嘧啶核苷C和组蛋白H3亚基第9个赖氨酸K（lysineresidueK9inhistoneH3,H3K9）发生甲基化，基因表达为此而受到抑制，即siRNA能在转录水平调控基因的表达(transcriptionalgenesilence,TGS).同时，siRNA在异染色质的形成中也起着重要的作用，RNAi突变会激活原异染色质区域中沉默基因的表达。关键词siRNA表观遗传RdRM异染色质收稿日期：20050822修回日期：20050921*通讯作者，电子信箱：maojp@nic.bmi.ac.cn表观遗传学(epigenetics)主要研究

3、非基因序列改变所致基因表达水平的变化，包括DNA甲基化和组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等修饰导致的染色质重塑［1］。DNA甲基化及其相应组蛋白甲基化引起的异染色质的形成是表观遗传学研究的首要内容。DNA甲基化一方面在细胞发育过程中对基因表达调节起着重要作用；另一方面,它与肿瘤等疾病的发生发展也有着极为密切的关系，特别是抑癌基因CG岛的甲基化问题在近年来愈来愈受到重视。RNAi是由双链RNA（dsRNA）诱导的在植物、动物和许多真菌中均存在的序列特异性基因沉默现象。自Fire等［2］在线虫（C.elegans）中发现该现象以来，RNAi已成为基因功能研究的主要工具

4、之一。来源于人工导入、RNA病毒、转座子或重复序列等的dsRNA被Dicer酶加工成21~26nt长的siRNAs，这些siRNAs与一些蛋白组分形成一个沉默效应复合体RISC（RNAinducedsilencecomplex），降解与siRNA互补的mRNA序列从而沉默基因的表达。除Dicer酶家族外，RISC中的另外一类重要的功能蛋白是能与RNA有效结合的Argonaute（Ago）家族蛋白，它们具有高度保守的结构域。鉴定Ago家族是生化上鉴定发生RNAi的标志之一［3］。传统认为，siRNA调控基因的表达发生在转录后水平（PTGS），即切割特异mRNA而沉默基

5、因的表达。然而，目前研究发现siRNA也在转录水平通过调节DNA甲基化及其相应组蛋白的甲基化而调控基因的表达。siRNA引起的DNA和组蛋白甲基化以及异染色质形成的研究进展如下：1RNA与DNA甲基化siRNAs或miRNAs诱导的转录后基因沉默具有高度的序列特异性，是RNARNA序列相互识别及碱基配对的结果，可是，RNA也能与DNA形成配对，正是基于这一配对原则，使得siRNA在基因组DNA水平影响基因功能。RNA指导的DNA甲基化（RNAdirectedDNAmethylation,RdDM）最早发现于类病毒感染的烟草［4］。类病毒是一种二级结构高度保守的RN

6、A病毒。Wassenegger等［4］构建整合了类病毒同源DNA序列的烟草，发现在类病毒复制活跃的植株中，整合类病毒同源DNA序列的胞嘧啶核苷被有效甲基化，而对照类病毒复制缺陷型植株中没有出现此现象。此后，其他研究也表明另外几种植物RNA病毒在其感染的过程中也能引起同源DNA序列的甲基化。由于类病毒和RNA病毒在复制时产生双链RNA，这些实验揭示了dsRNA能引起与其匹配的DNA序列的甲基化。后期研究表明RdRM需要siRNA的参与，RdRM与RNAi密切相关。当带有GFP基因的RNA病毒感染整合有GFP基因的烟草时，产生了GFPsiRNA，GFP转录本为siRNA

7、所降解，GFP基因序列也同时发生了甲基化［5］。这表明GFPsiRNA或他们的前体dsRNA同时引起RNAi和甲基化。另外，将高表达GUS反向重复序列的载体导入表达GUS的拟南芥（Arabidopsis）中，GUS转录本被来自重复序列的siRNA降解，同时GUS基因发生了甲基化［6］。2005,25(12)左刚等：转录水平siRNA介导的基因沉默中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVol.25No.1220052siRNA引发DNA甲基化的机制siRNA引发DNA甲基化在植物中的研究较早。在拟南芥（Arabidopsis）中，DNA