siRNA,shRNA,dsRNA,miRNA
miRNA
微RNA(microRNAs,miRNA)
是長度在21-23個核苷酸之間的單鏈RNA片段,調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。
miRNA由基因編碼,從DNA轉(zhuǎn)錄而來,但不翻譯成蛋白。
初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(primary transcripts,pri-miRNA)縮短其頸環(huán)結(jié)構(gòu)得到功能性的miRNA。
成熟的miRNA分子與一個或更多個mRNA分子部分互補(bǔ),其主要功能是下調(diào)基因的表達(dá)。
dsRNA
雙鏈RNA(double-stranded RNA, dsRNA)是一種有互補(bǔ)鏈的RNA,
與細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的DNA相似,dsRNA構(gòu)成了一些病毒(雙鏈RNA病毒)的基因組。
像病毒RNA或siRNA 之類的雙鏈RNA能夠促發(fā)真核細(xì)胞中的RNA干擾,引起脊椎動物中的干擾素反應(yīng)。
shRNA
小發(fā)卡或短發(fā)卡RNA(a small hairpin RNA or short hairpin RNA, shRNA)
是一段具有緊密發(fā)卡環(huán)(tight hairpin turn)的RNA序列,常被用于RNA干擾沉默靶基因的表達(dá)。
利用載體把shRNA導(dǎo)入細(xì)胞,載體中的U6 啟動子確保shRNA總是表達(dá);
這種裝載了shRNA載體可被傳遞到子代細(xì)胞中去,從而使基因的沉默可被遺傳。
shRNA的發(fā)卡結(jié)構(gòu)可被細(xì)胞機(jī)制切割成siRNA ,
然后siRNA 結(jié)合到RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物上(RNA-induced silencing complex,RISC),
該復(fù)合物能夠結(jié)合到目的mRNAs并將其降解。
shRNA 是由RNA 聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄的,
哺乳細(xì)胞中的shRNA產(chǎn)物有時會促使細(xì)胞產(chǎn)生干擾素反應(yīng)(細(xì)胞遇到病毒侵襲時做出的自我防衛(wèi)反應(yīng)),
而miRNA中卻不會遇到這種問題(miRNA是由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄,與轉(zhuǎn)錄mRNA的聚合酶相同)。
shRNA也被用于植物和其它系統(tǒng)中,在這些系統(tǒng)中不需要U6啟動子的驅(qū)動。
在植物中,常用的增強(qiáng)表達(dá)的啟動子是CaMV35S(cauliflower mosaic virus 35S),
在這種情況下,RNA聚合酶Ⅱ參與了轉(zhuǎn)錄,起始RNA干擾。
siRNA
小或短干擾RNA(small/short interfering RNA, siRNA )
是一類20-25個核苷酸長度的雙鏈RNA分子,其主要在RNAi通路中起作用,干擾特異基因的表達(dá)。此外siRNA 在RNAi相關(guān)的通路中也起作用,如抗病毒機(jī)制,基因組染色體結(jié)構(gòu)的塑造等。其結(jié)構(gòu)是一段完全互補(bǔ)的RNA雙鏈,兩端各有兩個未互補(bǔ)的的堿基。
最后做一下小結(jié),miRNA,siRNA ,dsRNA和shRNA都是RNA干擾技術(shù)中用到的小分子RNA,其不同之處在miRNA 是單鏈RNA,其余均為雙鏈RNA;siRNA 和dsRNA相似;shRNA需通過載體導(dǎo)入細(xì)胞后,然后利用細(xì)胞內(nèi)的酶切機(jī)制得到siRNA 而最終發(fā)揮RNA干擾作用.
siRNA&miRNA
往往是外源引起的,
如病毒感染和人工插入dsRNA之后誘導(dǎo)而產(chǎn)生,
屬于異常情況是生物體自身的一套正常的調(diào)控機(jī)制。
來源
長鏈dsRNA
發(fā)夾狀pre-miRNA
分子結(jié)構(gòu)
siRNA 是雙鏈RNA,3‘端有2個非配對堿基,通常為UU
miRNA是單鏈RNA
對靶RNA特異性
較高,一個突變?nèi)菀滓餜NAi沉默效應(yīng)的改變
相對較低,一個突變不影響miRNA的效應(yīng)
作用方式
RNAi途徑:生物合成,成熟過程,由dsDNA在Dicer酶切割下產(chǎn)生;發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中
miRNA途徑:pri-miRNA在核內(nèi)由一種稱為Drosha酶處理后成為60nt的帶有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的Precursor miRNAs (pre-miRNAs);這些pre-miRNAs在轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核外之后再由Dicer酶進(jìn)行處理,酶切后成為成熟的miRNAs;發(fā)生在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中
Argonaute (AGO) 蛋白質(zhì)
各有不同的AGO蛋白質(zhì)
各有不同的AGO蛋白質(zhì)
互補(bǔ)性(complementarity)
一般要求完全互補(bǔ)
不完全互補(bǔ),存在錯配現(xiàn)象
RISCs的分子量不同
siRISCs
miRISCs/miRNP
作用機(jī)制
單鏈的siRNA 結(jié)合到RISC復(fù)合物中,引導(dǎo)復(fù)合物與mRNA完全互補(bǔ),通過其自身的解旋酶活性,解開siRNAs,通過反義
siRNA 鏈識別目的mRNA片段,通過內(nèi)切酶活性切割目的片段,接著再通過細(xì)胞外切酶進(jìn)一步降解目的片段。
siRN 也可以阻遏3′UTR具有短片斷互補(bǔ)的mRNA的翻譯(off target)。
成熟的miRNAs 則是通過與miRNP核蛋白體復(fù)合物結(jié)合,識別靶mRNA,并與之發(fā)生部分互補(bǔ),從而阻遏靶mRNA的翻譯。在動物中,成熟的單鏈miRNAs與蛋白質(zhì)復(fù)合物miRNP結(jié)合,引導(dǎo)這種復(fù)合物通過部分互補(bǔ)結(jié)合到mRNA的3′UTR(非編碼區(qū)域),從而阻遏翻譯。除此之外,miRNA也可以切割完全互補(bǔ)的mRNA。
加工過程
siRNA 對稱地來源于雙鏈RNA的前體的兩側(cè)臂
miRNA是不對稱加工,miRNA僅是剪切pre-miRNA的一個側(cè)臂,其他部分降解。
對RNA的影響
降解目標(biāo)mRNA;影響mRNA的穩(wěn)定性
在RNA代謝的各個層面進(jìn)行調(diào)控;與mRNA的穩(wěn)定性無關(guān)
作用位置
siRNA 可作用于mRNA的任何部位
miRNA主要作用于靶標(biāo)基因3′-UTR區(qū)
生物學(xué)意義
siRNA 不參與生物生長,是RNAi的產(chǎn)物,原始作用是抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染
miRNA 主要在發(fā)育過程中起作用,調(diào)節(jié)內(nèi)源基因表達(dá)