江蘇省南京市棲霞區和燕路371號 東南大學國家大學科技園科創樓A301
RNA干擾(RNA interference, RNAi)是一種利用小RNA發夾結構來抑制基因表達的有效方法,在生物醫學研究中取得了重大進展,特別是在通過干擾基因功能來解析基因型-表型關系方面。由于基于RNAi的工具和技術的激增,以及RNAi在需要瞬時基因敲除的特殊應用中的獨特優勢,RNAi仍然是現代生物學家的一個重要研究工具。
盡管CRISPR/Cas9介導的基因編輯等新技術的發展,可能會使RNAi在特定應用中的效用黯然失色,但這項重要的技術仍然被廣泛使用,具有高度的適用性。RNAi是一種雙鏈RNA介導的機制,在轉錄后水平調控基因表達,其工作原理是將雙鏈RNA發夾結構加工成小干擾RNA (small interfering RNA, siRNA)或微RNA (microRNA/miRNA)。然后,這些小RNA與同源的mRNA結合,并通過RNA誘導沉默復合體(RNA induced silencing complex, RISC)誘導其降解。
miRNA的形成和調控機制
MicroRNA(miRNA)是一類長度為19-23nt的小型非編碼RNA,對植物和動物的基因表達具有調節作用,最先在秀麗隱桿線蟲中被發現,隨后被證明在人類等高等脊椎動物的基因組中編碼,以序列特異性方式作用于靶mRNA,以促進其切割、降解或降低其翻譯效率。
miRNA的初級產物是pri-miRNA,它是一種至少包含一個發夾結構的長RNA轉錄本,在細胞核內核糖核酸酶RNase III(即Drosha和DGCR8/Pasha)的作用下,生成前體miRNA(pre-miRNA)。隨后,pre-miRNA在Exportin-5復合物的作用下被轉運出細胞核,在細胞質中由Dicer酶剪切成為成熟的miRNA。成熟的miRNAs可通過Argonaute蛋白質家族與RISC結合,從而導致靶mRNA降解或翻譯抑制(圖1描述了miRNA的形成和調控機制)。
siRNA的形成和調控機制
Small interfering RNA(siRNA)是一種小的外源性dsRNA,包含約20個核苷酸,在體外RNA干擾(RNAi)過程中人工合成或通過轉運體從細胞核轉移到細胞質中。在秀麗隱桿線蟲中,dsRNA通過跨膜蛋白SID-1被轉移到細胞質中,再經DCR-1處理形成雙鏈siRNA。這些雙鏈siRNA與RISC結合形成小干擾RISC(small interfering RISC, siRISC),然后通過解旋酶作用激活siRISC。隨后,激活的siRISC以序列特異性的方式作用于靶mRNA,導致互補靶mRNA降解,從而抑制翻譯過程(圖1描述了siRNA的形成和調控機制)。
miRNA和siRNA之間既有相似之處,比如長度均約為20個核苷酸,都由dsRNA產生,由Dicer酶切割參與RNAi過程。但二者也有許多不同之處,比如miRNA是單鏈小RNA,通過抑制翻譯而不是影響轉錄穩定性來調節基因表達,而siRNA是雙鏈小RNA,通過在轉錄后水平上降解靶mRNA來調節基因表達等