干扰RNA的作用原理

德阳五中2023-04-25  18

RNAi历史

RNAi现象早在1993年就有报道: 将产生紫色素的基因转入开紫花的矮牵牛中,希望得到紫色更深的花,可是事与愿违,非但没有加深紫色,反而成了白色。当时认为这是矮牵牛本来有的紫色素基因和转入的外来紫色素基因都失去了功能,称这种现象是“共抑制”。1995年,康奈尔大学的Su Guo博士用反义RNA阻断线虫基因表达的试验中发现,反义RNA(anti sense RNA和正义RNA(sense RNA)都阻断了基因的表达,他们对这个结果百思不得其解。直到1998年,Andrew Fire 和 Craig Mello的研究证明,在正义RNA阻断了基因表达的试验中,真正起作用的是双链RNA。这些双链RNA是体外转录正义RNA时生成的。于是提出了RNAi这个词。

RNAi作用机理

大约200nt以上的长双链RNA能够进过RNAi途径在很多物种(如:线虫、果蝇、脊椎动物、植物等)沉默靶基因的表达。首先,这些双链RNA被Dicer酶(一种类RNase III酶)加工成20-25 nt的siRNA,而后这些siRNA被组装进入一种RNA依赖的沉默复合物。最后,这些siRNA与RNA分子互补配对,并引导RISC剪切、降解RNA分子。在哺乳动物中,>30nt的长双链RNA将引起潜在的抗病毒效应,引起非特异性RNA降解,抑制蛋白质合成。通过导入短片段(<25nt) siRNA可以避免哺乳动物的抗病毒效应,正确行使RNAi功能。

化学合成siRNA的优势

越来越多的研究人员开始采用RNAi技术研究基因功能组学,药物靶点筛选,细胞信号通路分析等。

RNAi药物研发进展

RNAi已经成为目前基因功能研究,药靶发现以及药物开发的基础,RNAi药物将有望成为的一种更为高效快捷的疾病治疗途径。siRNA在临床上应用必须克服技术上难题,主要包括改善siRNA药物动力学特性,避免脱靶效应和干扰素反应等。核酸化学和导入方面取得了巨大的进展,使得RNAi治疗法更具前景和潜能,RNAi药物势必大大推动临床药物开发进程,为临床治疗带来一场革命性变革。

过去的几年里,很多公司在RNAi领域都取得了很大的成就。初步统计,大约有19个公司正在开发85种siRNA药物,8个公司正在开发64种反义核酸药物。这些药物主要集中在癌症、肿瘤、心血管、眼部、抗病毒、呼吸道、抗菌、糖尿病等方面。目前Alnylan、默克、罗氏处于RNAi药物研究的第一阵营,其他大公司也都在开展siRNA药物的研发合作或独立研究。

RNAi药物实例

2006年6月美国基因治疗学会年会上公布了世界首次 siRNA临床试验获成功这一振奋人心的消息。这项临床试验表明,靶向血管内皮生长因子(VEGF)基因的siRNA能够有效治疗老年性黄斑变性(AMD)。这项试验的成果是RNA疗法发展的一个里程碑,siRNA将在不久成为高效的分子药物应用于临床治疗。近年来,针对多种疾病的siRNA药物已经相继进入临床试验的不同阶段。大家可能注意到,绝大多数RNAi药物都是化学合成siRNA,原因存在多个方面:操作简便、可控;转染效率较高;对细胞毒副作用小;可进行各种修饰、连接;可大规模筛选;可大规模制备等。

事实上,很多制药公司在RNAi上投入了大量的资源,以 siRNA 作为治疗手段的前景诱人, siRNA 从发现到现在短短几年的时间内,第一个 RNAi 药物 Bevasiranib ( Acuity 公司)已经诞生 , 用于治疗湿性老年性黄斑变性 (AMD) 。

据报道:FDA已经批准了Quark药业用于肾移植病人的试验siRNA药物DGFi的新药临床试验申请。在2008年下半年,I期或II期临床试验已启动。

目前Alnylam是RNAi药物研发的领头羊,它的siRNA研究领域比较广,已经有一些RNAi药物在临床阶段,尤其是在抗病毒方面有的已经到临床三期了,预计RNAi药物五年内就可以上市了。Alnylam开发的 RNAi 药物用来治疗呼吸道合胞病毒、流行性感冒、帕金森病和高胆固醇血症等。siRNA作为药物会比一般小分子药物开发要快,选择性会更好,如果能够更好地解决药物靶细胞递送,相信可以治疗许多现在药物治疗效果不理想的疾病。

我国在创新药物方面的研究还远远落后于西方国家。而RNAi 技术的发展历史很短,是一项刚刚兴起不久的生物技术,虽然我们目前已经与发达国家有一定差距,但差距仅有几年的时间,如果我们加速发展,完全有条件赶超发达国家,有可能在一定时期内在创新药物开发方面取得突破性进展。特别是,利用这一技术可弥补我国在化学制药方面与发达国家之间的巨大差距。这一项新技术给我们带来了一个千载难逢的发展机遇。

RNA干扰

科技名词定义

中文名称:RNA干扰英文名称:RNA

interference;RNAi定义1:与靶基因同源的双链RNA诱导的特异转录后基因沉默现象。其作用机制是双链RNA被特异的核酸酶降解,产生干扰小RNA(siRNA),这些siRNA与同源的靶RNA互补结合,特异性酶降解靶RNA,从而抑制、下调基因表达。已经发展成为基因治疗、基因结构功能研究的快速而有效的方法。所属学科:生物化学与分子生物学(一级学科);核酸与基因(二级学科)定义2:引起基因沉默的一种技术,将根据基因序列制备的双链RNA注入体内,可引起该基因编码的mRNA降解,从而抑制了该基因的功能。所属学科:细胞生物学(一级学科);细胞生物学技术(二级学科)定义3:双链RNA有效地阻断靶基因表达的现象。所属学科:遗传学(一级学科);分子遗传学(二级学科)

直接度娘

1高效性:Elbashir等在研究中发现分别为25 nmol/L与100 nmol/L的起始双链RNA产生的结果是一样的,只是高浓度起始的更有效些。将双链RNA浓度降低到15 nmol/L时产生的基因沉默效果变化不大,只有当浓度降低到005 nmol/L时,沉默的效果才消失。Holen等也证实1~100 nmol/L的双链RNA浓度对基因沉默的效果是一致的。这说明双链RNA介导的基因沉默效率是相当高的。需要ATP:Zamore等认为RNAi过程中至少有2个步骤需要能量的供给:一是长的双链RNA被 Dicer所酶切产生双链RNA;二是在双链RNA与RISC结合解链后形成有活性的RISC。

⒉特异性:Elbashir等和Brummel kamp等发现在21~23个碱基对中有1~2个碱基错配会大大降低对靶mRNA的降解效果。

⒊位置效应:Holen等根据人TF(tissue factor)不同的位置各合成了4组双链RNA来检测不同位置的双链RNA对基因沉默效率的影响。在不同浓度和不同类型的细胞中,hTF167i和hTF372i能够抑制85%~90%的基因活性,hTF562i只能抑制部分基因活性,而hTF478i则几乎没有抑制基因的活性。他们还以hTF167为中心依次相差3个碱基对在其左右各合成了几组双链RNA,有趣的是它们所能抑制该基因活性的能力以hTF167为中心依次递减。特别是hTF158i和 hTF161i只与hTF167i相距9个和6个碱基,但它们几乎没有抑制该基因活性的能力。结果还表明双链RNA对mRNA的结合部位有碱基偏好性,相对而言,GC含量较低的mRNA被沉默效果较好。

⒋竞争效应:Hoten等将10 nmol/L和30 nmol/L的hTF167i相比,两者的沉默基因效果无差异,但将20 nmol/L基因抑制效果很差的PSK314i和10 nmol/L的hTF167i相混和后,hTF167i产生的抑制效果明显降低。

⒌可传播性:在线虫中,双链RNA可以从起始位置传播到远的地方,甚至于全身。Feinberg 和Hunter在线虫细胞膜上发现一种跨膜蛋白SID1,它可以将双链RNA转运出细胞,因此系统性的RNAi包括了SID1介导的双链 RNA在细胞间的运输。但在果蝇上并未发现有此基因的同源物,因此在果蝇上通过注射产生的RNAi不能扩散。

基因敲除是指利用各种手段使某个基因不再表达,常见的方法是在基因的转录区插入一段外源DNA序列,从而破坏该基因的表达;RNA干扰是指一类小RNA可以与目的基因配对结合,从而使正常的基因表达受到干扰;基因沉默是指位于有些基因座的基因其表达不活跃甚至不表达的现象。

RNAi是在研究秀丽新小杆线虫(C elegans)反义RNA(antisense RNA)的过程中发现的,由dsRNA介导的同源RNA降解过程。1995年,Guo等发现注射正义RNA(sense 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中污染了微量dsRNA而引发,并将这一现象命名为RNAi。

此后dsRNA介导的RNAi现象陆续发现于真菌、果蝇、拟南芥、锥虫、水螅、涡虫、斑马鱼等多种真核生物中,并逐渐证实植物中的转录后基因沉默(posttranscriptional gene silencing,PTGS)、共抑制(cosuppression)及RNA介导的病毒抗性、真菌的抑制(quelling)现象均属于RNAi在不同物种的表现形式。

1992年,罗马诺(Romano)和Macino也在粗糙链孢霉中发现了外源导入基因可以抑制具有同源序列的内源基因的表达 。

1995年,Guo和Kemphues在线虫中也发现了RNA干扰现象。

1999年,Hamilton等首次在PTGS植株中发现了长度为25nt的RNA中间产物。2000年,Zamore和Hammond等使用体外培养的果蝇细胞进行研究发现,外源性dsRNA通过耗能过程降解成21-23nt的小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)引发RNAi。

2000年,Wianny和Svoboda等分别证实在小鼠胚胎细胞和卵母细胞中dsRNA能引发RNAi效应。2001年,Elbashir等证实21nt的siRNA可在避免激活dsRNA依赖的蛋白激酶(dsRNA-dependent protein kinase,PKR)和2',5'-寡聚腺苷酸合成酶(2',5'-oligoadenylate synthetase,2',5'-OAS)信号转导途径的同时,有效抑制人胚肾293细胞、Hela细胞等哺乳动物细胞中目的基因的表达。

2002年,Brummelkamp等首次使用小鼠H1启动子构建了小发卡RNA(small hairpin RNA,shRNA)表达载体pSUPER,并证实转染该载体可有效、特异性地剔除哺乳动物细胞内目的基因的表达,为利用RNAi技术进行基因治疗研究奠定了基础。

2006年,安德鲁·法厄与克雷格·梅洛(Craig C Mello)由于在RNAi机制研究中的贡献获得诺贝尔生理及医学奖。

以上就是关于干扰RNA的作用原理全部的内容,包括:干扰RNA的作用原理、什么是 rnai干扰其作用机制是什么、RNA干扰的特点等相关内容解答,如果想了解更多相关内容,可以关注我们,你们的支持是我们更新的动力!

转载请注明原文地址:https://juke.outofmemory.cn/read/3664079.html

最新回复(0)