siRNA和RNAi概述
1 前言
RNA 是生物體內(nèi)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，它與 DNA 和蛋白質(zhì)一起構(gòu)成生命的框架。但長(zhǎng)久以來(lái)， RNA 分子一直被認(rèn)為是小角色。它從 DNA 那兒獲得自己的順序，然后將遺傳信息轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)。然而，一系列發(fā)現(xiàn)表明――這些小分子 RNA 事實(shí)上操縱著許多細(xì)胞功能。它可通過(guò)互補(bǔ)序列的結(jié)合反作用于 DNA ，從而關(guān)閉或調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。甚至某些小分子 RNA 可以通過(guò)指導(dǎo)基因的開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)控細(xì)胞的發(fā)育時(shí)鐘。
2 綜述
2.1 研究歷史與發(fā)展前景
2.1.1 定義
雙鏈RNA 對(duì)基因表達(dá)的阻斷作用被稱(chēng)為RNA 干預(yù)（RNA interference, RNA i ）雙鏈RNA 經(jīng)酶切后會(huì)形成很多小片段，稱(chēng)為siRNA ，這些小片段一旦與信使RNA (mRNA )中的同源序列互補(bǔ)結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致mRNA 失去功能，即不能翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，也就是使基因“沉默”了。
2.1.2 研究歷史
RNA i現(xiàn)象早在1993年就有報(bào)道： 將產(chǎn)生紫色素的基因轉(zhuǎn)入開(kāi)紫花的矮牽牛中，希望得到紫色更深的花，可是事與愿違，非但沒(méi)有加深紫色，反而成了白色。當(dāng)時(shí)認(rèn)為這是矮牽牛本來(lái)有的紫色素基因和轉(zhuǎn)入的外來(lái)紫色素基因都失去了功能，稱(chēng)這種現(xiàn)象是“共抑制”。1995年，康奈爾大學(xué)的Su Guo博士用反義RNA 阻斷線蟲(chóng)基因表達(dá)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，反義RNA （anti sense RNA 和正義RNA （sense RNA ）都阻斷了基因的表達(dá)，他們對(duì)這個(gè)結(jié)果百思不得其解。直到1998年，Andrew Fire的研究證明，在正義RNA 阻斷了基因表達(dá)的試驗(yàn)中，真正起作用的是雙鏈RNA 。這些雙鏈RNA 是體外轉(zhuǎn)錄正義RNA 時(shí)生成的。于是提出了RNA i這個(gè)詞。
2.1.3 作用機(jī)理
目前RNA i的作用機(jī)理主要是在線蟲(chóng)，果蠅，斑馬魚(yú)等生物體內(nèi)闡明的。生物體內(nèi)的雙鏈RNA 可來(lái)自于RNA 病毒感染，轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，外源導(dǎo)入的基因。這些來(lái)源的雙鏈RNA 誘發(fā)了細(xì)胞內(nèi)的RNA i機(jī)制，結(jié)果是病毒被清除，轉(zhuǎn)座子的表達(dá)被阻斷，外源導(dǎo)入基因表達(dá)被阻斷同時(shí)，與其同源的細(xì)胞基因組中的基因表達(dá)也被阻斷。
雙鏈RNA 進(jìn)入細(xì)胞后，一方面在Dicer酶的作用下被裂解成siRNA ，另一方面在RdRP（以RNA 為模板指導(dǎo)RNA 合成的聚合酶，RNA -directed RNA polymerase）的作用下自身擴(kuò)增后，再被Dicer酶裂解成siRNA 。SiRNA 的雙鏈解開(kāi)變成單鏈，并和某些蛋白形成復(fù)合物，Argonaute2是目前唯一已知的參與復(fù)合物形成的蛋白。此復(fù)合物同與siRNA 互補(bǔ)的mRNA 結(jié)合，使mRNA 被RNA 酶裂解。
另一方面結(jié)合的產(chǎn)物以SiRNA 作為引物，以mRNA 為模板，在RdRP作用下合成出mRNA 的互補(bǔ)鏈。結(jié)果mRNA 也變成了雙鏈RNA ，它在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA 。這些新生成的siRNA 也具有誘發(fā)RNA i的作用，通過(guò)這個(gè)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，細(xì)胞內(nèi)的siRNA 大大增加，顯著增加了對(duì)基因表達(dá)的抑制。從21到23個(gè)核苷酸的siRNA 到幾百個(gè)核苷酸的雙鏈RNA 都能誘發(fā)RNA i，但長(zhǎng)的雙鏈RNA 阻斷基因表達(dá)的效果明顯強(qiáng)于短的雙鏈RNA 。
siRNA 還能夠通過(guò)某種不太明了的機(jī)制永久地關(guān)閉或者刪除DNA片斷，以在非常大的程度上控制染色質(zhì)的形成，而不是僅僅暫時(shí)地抑制它們的活動(dòng)。
動(dòng)植物和人體的病原體中有一些是RNA 病毒，如導(dǎo)致艾滋病的HIV和SARS的冠狀病毒都是RNA 病毒。有些RNA 病毒在復(fù)制過(guò)程的一定階段中會(huì)產(chǎn)生雙鏈RNA 。如果宿主體內(nèi)有分解這種雙鏈RNA 的酶，就可將雙鏈RNA 降解。
2.1.4 現(xiàn)狀與未來(lái)
2.1.4.1 疾病治療
用RNAi來(lái)制備藥物。其思路是根據(jù)病原體如病毒、細(xì)菌等的致病基因序列，以及生物體內(nèi)與疾病發(fā)生相關(guān)的基因序列，設(shè)計(jì)和制備與這些基因序列有同源序列的雙鏈RNA，轉(zhuǎn)入動(dòng)植物內(nèi)使有關(guān)的疾病基因“沉默”(不能表達(dá)功能)，從而達(dá)到治療的效果。
以治療HIV為例，理論過(guò)程如上圖所示。原理是利用siRNA抑制病毒再生或傳染所需的蛋白質(zhì)的生成。它的優(yōu)勢(shì)在于能夠不損傷細(xì)胞而只抑制病毒蛋白質(zhì)，其專(zhuān)一性是其他藥物所難以具備的。但問(wèn)題在于目標(biāo)基因的選擇，即如何篩選出針對(duì)致病蛋白質(zhì)而不影響細(xì)胞正常的新陳代謝的siRNA。而且艾滋病毒變化迅速，目標(biāo) RNA 序列有可能在短時(shí)間內(nèi)失效，這都給篩選提出了巨大的挑戰(zhàn)。
對(duì)其他病毒的治療也存在類(lèi)似的問(wèn)題，如SARS等。目前研究大都處于初期階段，只在離體細(xì)胞或簡(jiǎn)單的真核細(xì)胞上做過(guò)試驗(yàn)，況且哺乳動(dòng)物與人體的RNAi機(jī)制尚未清晰，所以利用siRNA制備藥物潛力巨大但前路漫漫。
