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RNAi的发现之旅及定义
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1. RNAi定义 RNA干扰（RNA interference，RNAi）[1]是由双链RNA（double stranded RNA，dsRNA）分子在mRNA水平关闭相应序列基因表达或使其沉默的过程。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，RNAi技术又被形象地称为基因敲除（knock out）或基因沉默（gene silencing）。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 transcriptional gene silencing，PTGS）。RNAi现象广泛存在于生物界中。它在真菌中被称为quelling，在拟南芥、烟草等植物中被称为PTGS或共抑制（cosuppression），在无脊椎动物如果蝇、水螅、线虫以及脊椎动物斑马鱼、小鼠等动物界中被称为RNAi。PTGS可能是生物界，包括植物和动物等普遍存在的一种古老、保守而又极其重要的遗传行为。 RNA 干涉是生物基因组抵抗转座子或病毒之类的外来遗传元件入侵的一种保护性机制，具有以下4 个重要特征：①RNAi 属于转录后水平的基因沉默(PTGS) 机制，迄今为止的研究认为RNAi 对染色体DNA 序列的复制和转录过程不产生任何影响； ②具有高度的序列特异性，最近将人工合成的siRNAs （短小RNA，是RNi 过程中直接起作用的分子）转入宿主细胞的实验表明，即使siRNAs 中只有一个碱基与靶序列错配，也会使干涉效应大大减弱； ③具有抑制基因表达的高效性, 可以引起该基因缺失突变的表型；而且远远少于内源mRNA 数量的dsRNA 就可以实现完全的抑制效应, 即其发生过程中存在着正反馈的信号放大效应；④RNAi 的效应可以在不同细胞间长距离传递和维持，而且在某些生物中(比如线虫) 具有遗传性。 2. RNAi的发现与探索 1995年康乃尔大学的Guo[2]博士在实验中想通过反义RNA阻断美丽线虫(C.elegans)的par-1基因表达，同时她还用正义RNA做了一个对照，试图观察到对照试验组基因表达增强的现象，但结果却发现了反义和正义 RNA都阻断了该基因的表达。GUo等人一直不能解释该现象。直到1998年Fire[1]等才发现这是由于Guo博士在试验中污染了双链RNA而引起的(他们还证明转录得到的单链RNA经纯化后注射线虫所引起的阻断作用十分微弱，而经纯化的双链RNA则能高效特异地阻断相应基因的表达，他们将此称为RNA干扰。RNAi潜在的作用促使Fire和Timmons继续实验，将能够表达出与C.elegans unc-22基因同源的双链RNA的细菌喂食线虫，结果线虫表现出类似unc-22缺失的表型[3]。后继的实验表明将线虫浸在RNA中同样可诱使基因沉默。这种技术使得大规模筛选线虫RNAi诱导的功能缺失突变体成为可能，并引发出随后大量针对这种模式生物基因敲除的研究。目前正在应用RNAi技术对线虫中几乎所有的在基因组中预测的约19000个基因的功能进行研究。 1999年，Hunter[4] 等的实验进一步验证了RNAi 的存在。他们将dsRNA 去除后，再将正义或反义的ssRNA注入线虫卵中，没有产生基因沉默现象。相反，如果将上述正义及反义ssRNA混合，经退火复性后得到的dsRNA 注入线虫卵中可以显著地产生基因沉默现象，从而印证了Fire 等提出的RNAi 作用是由dsRNA 引起的结论。 1 Fire A , Xu S , Montgomery MK, et al. Potent and specific genetic interference by double stranded RNA in Caenorhabdits elegans. Nature , 1998 , 391：806-811 2 Guo S, Kempheus KJ. Par-1, a gene required for establishing polaring in C.elegans embryos, enkinase that asymmetrically distributed. Cell, 1995,81:611 3 Timmons I, Court D, Fire A. Ingestion of bacterially expressed dsRNA can produce specifie interference in C.elegans. Gene,2001,263:103 4 Hunter, Craig P. Genetics: A touch of elegance with RNAi. Current Biology,1999,9(12):440 |
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