RNA干涉的研究进展及应用前景

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1、RNA干涉的研究进展及应用前景摘要：RNA干涉是广泛存在于生物体中的一种转录后基因沉默(post-transcriptionalgenesilencing,PTGS)，它是由双链RNA(double-strandedRNA，dsRNA)介导的同源mRNA高效特异性降解，从而导致基因表达沉默。从RNAi现象发现以来，进行了许多的研究，对其的基本作用机制有了初步的了解。作为一种阻断基因表达的新手段,RNAi技术日趋成熟完善,开辟了一条基因治疗的新途径。RNAi技术在很多人类疾病的基因治疗上都有应用，如肿瘤、癌症、病毒性感染疾病等方面。关键

2、字：RNA干涉；基因沉默；机制；应用RNA干涉（RNAinterference,RNAi），是真核生物中普遍存在的一种自然现象，在生物体内双链RNA(double-strandedRNA，dsRNA)诱发同源mRNA高效特异性降解，从而导致基因表达沉默。dsRNA可以抑制不同类型细胞的靶向基因表达,用特异性的抗体几乎检测不到靶向基因所表达的蛋白质。因此,RNA技术又被形象的称为基因敲除(knockout)或基因沉默(genesilencing),RNAi是一种典型的转录后基因调控方法,又称转录后基因沉默(post-transcript

3、ionalgenesilencing,PTGS)[1]。它广泛存在于生物界，是生物体抵御病毒或其他外来核酸人侵而保持自身遗传稳定的保护性机制[2]。1.RNAi的发现历史九十年代初期,科学家在向牵牛花转导色素合成基因时,观察到“共抑制”(cosuppression)现象。Jorgensen等将产紫色素基因导入矮牵牛属植物中,希望花的紫色更深,却发现转基因后部分花的颜色不但没有加深,反而变成白色,这表明外源和内源产紫色素基因的表达都受到抑制,他们将这一现象称为共抑制(cosuppression)[3]。所谓共抑制是指内源基因在转基因或病

4、毒感染的诱导下发生的基因沉默现象，大部分是转录后水平的基因沉默(PTGS)[4]。1994年，意大利的Cogoni[5]将类胡萝卜素合成所需基因转入到粗糙红色链胞酶中,结果导至30%的转化细胞中的霉菌自身基因失活，他们叫这种基因失活现象为压制（Quelling）。1995年，Guo[6]等发现注射正义RNA和反义RNA均能有效并特异性地抑制秀丽新小杆线虫par-1基因的表达，该结果不能使用反义RNA技术的理论做出合理解释。直到1998年，Fire[7]等证实Guo等发现的正义RNA抑制同源基因表达的现象是由于体外转录制备的RNA中污染

5、了微量dsRNA而引发，并将这一现象命名为RNAi。在后来的研究中，不断发现由dsRNA介导的RNAi现象出现在多种真核生物中，如真菌、果蝇、拟南芥、锥虫、水螅、涡虫、斑马鱼等。2.RNAi的作用机制根据现有研究显示，可能的作用机制可分为三个阶段：起始阶段、效应阶段和循环放大阶段。效应阶段即当病毒基因、人工转入基因及转座子等外源性基因随机整合到真核宿主细胞基因组内,并利用宿主细胞进行转录时,常常产生一些与这些基因的mRNA同源的dsRNA。dsRNA在ATP供能的情况下，被Dicer酶切割成多个具有特定长度和结构的小片段RNA(大约2

6、1～23bp)，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。效应阶段，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-inducedsilencingcomplex，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。循环放大阶段是由siRNA引发的。siRNA作为

7、引物与靶RNA结合并在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的作用机制决定了RNAi有以下几个特点：高序列特异性、高效性、RNAi抑制作用迅速、RNAi的靶基因位点具有选择性、具有高稳定性[8]、可传播性与遗传性、对ATP与时间计量的依赖性[2]。3.RNAi的应用在过去的20年，RNAi作为沉默基因表达的本能机制而出现，这古老的抗病毒反应

8、可以用来特定地抑制某种目的基因的功能，RNAi正成为一个非常有效地研究中工具用于揭示许多基因的功能[9]。RNAi的生物功能遍布生物体的整个生命周期，包括：发育、代谢、对逆境的反应、疾病的抗性以及其他各个方面[10]。目