結構生物化學/核酸/RNA/RNA干擾

歷史

RNA干擾最初是在植物中發現的，第一次是在理查德·喬根森及其同事進行的實驗中觀察到的，他們在實驗中試圖改變矮牽牛的審美特徵。他們的目標是透過將花卉色素沉著的關鍵酶引入正常紫色的矮牽牛中，使紫色的花朵顏色更深。預計過表達的基因會導致更深色的花朵，但結果卻產生了色素沉著較少的白色花朵，表明查爾酮合酶的活性已大大降低。這種現象被稱為基因表達的共抑制，但當時對干擾的整體理解仍然非常有限。後來，科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛進行了一項研究，他們將雙鏈 RNA (dsRNA) 注入 mRNA 中，發現它非常有效地模擬了表型。從他們的研究中可以得出結論，RNAi 是系統的、可遺傳的，並且會導致目標轉錄本的減少。

過程

檔案:RNAi.JPG

RNA 干擾的機制

RNA干擾是降解 mRNA 以沉默目標基因的表達。該過程從長雙鏈 RNA (dsRNA) 開始，長雙鏈 RNA (dsRNA) 被切割成小干擾 RNA (siRNA)。這是透過切割與 dsRNA 互補的目標轉錄本實現的，切割後的尺寸與小干擾 RNA 相似。為此，可以合成 RNA 雙鏈體以模擬 dsRNA 產物，因此這些短的合成鏈靶向 siRNA 的對應位點。對 siRNA 和 micro-RNA (miRNA) 的研究也觀察到內切核酸酶切割模式，導致 dsRNA 轉換為 siRNA。從這些觀察結果中，這種酶被稱為 Dicer，它負責產生小 RNA。在 ATP 的作用下，雙鏈 siRNA 然後解開成兩條單鏈 siRNA：一條乘客鏈和一條引導鏈。乘客鏈被降解，而引導鏈被保留。^[1] 然後，siRNA 被組裝成稱為 RNA 誘導沉默複合體 (RISC) 的複合體。在複合體內部的 siRNA 解開後，RISC 被啟用。然後，siRNA 引導啟用的 RISC 到目標 mRNA 進行降解。這些被切割的 mRNA 隨後變得無功能，與 siRNA 不相容。

RNA 干擾中一個非常重要的因素是 RNA 誘導沉默複合體 (RISC) 的啟用。因此，幾種模型被用來研究理解其功能的挑戰。劉及其同事在實驗中發現，Dicer 酶 Dicer-2 能夠招募雙鏈 siRNA 以實現 RISC 啟用。研究還發現，Dicer-2 酶是高效 RISC 活性和 RNA 干擾所必需的。

另一種模型，解旋酶模型，也被用來理解 RISC 啟用。在這種方法中，dsRNA 在天然凝膠電泳中執行以解析雙鏈和單鏈 siRNA，這表明鏈的分離需要 ATP (Nykanen 等人)。雙鏈的解開也表明解旋酶是 RISC 啟用的重要因素。透過這些研究，還發現 RNA 解旋酶在小 RNA 途徑中具有重要作用，例如 dsRNA 加工、mRNA 識別以及切割產物的釋放。Slicer 模型是另一種 RISC 啟用模型，其中乘客鏈被切割成片段，留下引導鏈以建立啟用的 RISC。^[2]

據認為，RNAi 大約在一百萬年前就出現了。siRNA 存在於人類、植物和單細胞生物中。據信，這些 RNAi 進化為一種防禦機制，以抵抗產生 mRNA 分子的病毒。

現在人們相信 RNAi 能夠幫助研究組織再生。組織再生目前還沒有得到很好的理解；然而，其想法是使用 RNAi 關閉單個基因。透過關閉這些基因，科學家希望瞭解兩棲動物中哪些基因參與了再生組織，當缺失的肢體再生時。科學家希望瞭解兩棲動物的再生過程將幫助他們學習如何再生人類組織。RNAi 對研究組織再生的科學家特別感興趣。如果能夠得到利用，RNAi 的再生能力有可能被用來治癒退行性盤病、心臟瓣膜病以及各種自身免疫性疾病。不用說，如果解開 RNAi 的秘密，它可以用來再生肢體，這可能挽救生命，甚至延長人類壽命。

由於該過程減少了基因編碼蛋白質的產生，許多研究人員認為，這種方法可以有利地用於抵禦疾病，透過消除不需要的病毒 RNA，如上所述。目前，醫學研究人員正在對基於 RNAi 的藥物進行測試，以治療艾滋病毒和皰疹等疾病。^[3]

外部連結

• http://www.ambion.com/techlib/resources/RNAi/index.html