結構生物化學/核酸/RNA/RNA干擾
RNAi首次出現是在植物生物學家試圖將基因引入矮牽牛時。當他們新增一個試圖加深花朵紫色顏色的基因時，這個基因實際上抑制了它。最終的花朵出現了白色的斑點，或者完全是白色的。
在這個發現之後不久，另一組研究人員意識到，這種相同的基因沉默現象正在發生在對秀麗隱杆線蟲的實驗中。這些科學家發現，RNAi是由雙鏈RNA觸發的，而雙鏈RNA通常不會出現在健康的細胞中。兩位著名的科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛因這一發現獲得了2006年諾貝爾生理學或醫學獎。 [1]
RNA干擾（RNAi）是細胞內的一種自然機制，用於沉默某些基因的表達。小RNA分子透過RNA干擾在調節基因表達中發揮著至關重要的作用。這些途徑有三個基本特徵
1）小RNA生物合成
2）RNA誘導沉默複合體的形成。(RISCs)
3）靶向互補mRNA。
RNA干擾是由Dicer酶觸發的，該酶切割長雙鏈RNA（dsRNA），產生20到30個核苷酸的RNA，其序列可以與mRNA轉錄本的片段配對。然後，新生成的microRNA（miRNA）或小干擾RNA（siRNA）將組裝成複合體，這些複合體被設計成互補地裝入想要沉默的靶RNA鏈中。誘導的沉默複合體被稱為RNA誘導沉默複合體（RISC），並被構建成大型多蛋白效應器，被稱為RNA誘導沉默複合體（RISC），它們與靶轉錄本結合並觸發其破壞。
然後，同源RNA在與siRNA鏈結合的中間區域被切割。這種機制被認為具有自我防禦目的，以保護細胞免受病毒感染或癌細胞的侵害。
RNAi可以幫助研究組織再生。RNAi在組織再生過程中關閉單個基因，科學家可以瞭解兩棲動物中哪些基因參與了缺失肢體再生時的組織再生。通過了解這一過程，他們希望學習如何再生人體組織。
RNAi被認為是在大約十億年前，在植物和動物分化之前進化出來的。這是因為RNAi存在於所有生物體中，從植物到動物。
現代假說指出，RNAi進化為一種抵禦RNA病毒等入侵者的細胞防禦機制。當RNA病毒複製時，它們會暫時產生一種雙鏈形式。這種雙鏈中間體將觸發RNAi並使病毒基因失活，從而阻止感染。
RNAi也可能進化來對抗被稱為轉座子的遺傳元件在細胞DNA中的傳播。轉座子可以透過在基因組中跳躍來造成破壞，有時會引起突變，從而導致癌症或其他疾病。與RNA病毒一樣，轉座子可以採取一種雙鏈RNA形式，這將觸發RNAi來抑制潛在的有害跳躍。 [2]
RNAi是一個使用RNA沉默基因的過程。參與此過程的主要參與者是RNA誘導沉默複合體（RISC），該複合體被短雙鏈RNA分子啟用。 [3]. dsRNA可能來自逆轉錄病毒感染或人工插入（外源性），RNA也可能來自細胞自身基因組（內源性）。 [4].
根據dsRNA的來源，無論是外源性（來自細胞外部）還是內源性（來自細胞內部），有兩種針對dsRNA的方法。
-外源性：檢測到外源dsRNA並被效應蛋白結合，該蛋白啟動Dicer切割dsRNA，相同的效應蛋白幫助將siRNA轉運到RISC。 [5]
-內源性：靶dsRNA被Dicer切割成單鏈siRNA，然後被轉運到活躍的RISC。當它們被整合到RISC中時，siRNA與其在mRNA鏈上的對應序列配對，然後在這些位置被切割。透過切割mRNA，蛋白質合成被停止 [6].
RISC代表RNA誘導沉默複合體，其活性成分包括內切核酸酶和精氨酸蛋白。它們各自的功能是識別mRNA上的互補序列（與結合的siRNA的序列互補）並切割mRNA（精氨酸蛋白）。此過程是ATP獨立的，並直接透過RISC的成分起作用 [7] [8].
RNA如何與精氨酸蛋白配對，從結構上透過X射線晶體學確定，透過X射線晶體學確定活性位點，從而獲得有關RNA如何與精氨酸蛋白結合的準確資訊。在活性位點，RNA鏈的磷酸化5'端進入並與陽離子（即鎂）結合，並且在siRNA中的5'核苷酸之間具有芳香堆疊結構。推測活性位點具有將siRNA與其對應mRNA配對的能力。 [9].
基於RNAi的療法已被提議作為一種調節和去除多種致病基因的方法。這條道路已被證明是最有希望的。這種療法的良好靶點將是所有形式的癌症。癌症通常是由過度活躍的基因引起的，調節這些基因的活性可以阻止其擴散。
病毒感染也是RNAi療法的假設靶點。許多人認為RNAi實際上進化為一種抵禦RNA病毒的方法。降低重要病毒基因的表達將使病毒無助，容易受到免疫系統的攻擊。在體外，研究已經表明，HIV、脊髓灰質炎病毒、HCV等已經被這些療法減少。
RNAi已經用作識別某些基因功能的方法。在此發現之前，研究人員經常訴諸於將新基因插入生物體中，以觀察其影響。然而，最近，科學家可以僅僅沉默感興趣的基因，並觀察目標基因對生物體功能的影響。它還可以闡明覆雜的細胞途徑。
RNAi是科研領域一項新穎且高度重要的發現。多年來，科學家們一直深入研究蛋白質如何調節基因活性，並將大部分注意力集中在被稱為轉錄因子的蛋白質上。現在，RNA透過RNAi和相關過程，被認為是細胞複雜基因調控技術中的一個重要參與者。 [10]
如上文所述，RNAi 可用於選擇性地“沉默”目標基因，以分析這對模式生物的影響。一個研究領域集中在再生上，即失去或受損身體部位的再生。這種能力在自然界中很常見。例如，樹樁可以長出芽，發育成新的莖、葉和花；在實驗室中，一團未分化的細胞可以長成成熟的植物；事實上，某些植物由完全分化的細胞組成的部分也可以長成成熟的植物。動物也具有再生能力：包括海綿、水螅、渦蟲和海星等無脊椎動物，以及蠑螈和兩棲動物等脊椎動物。另一方面，人類只有有限的再生能力。除了癒合傷口外，人類可以再生部分肝臟以及手指和腳趾的尖端 [11]。如果科學家能找到再生人體組織的關鍵，那不是太神奇了嗎？RNAi 目前被用於靶向特定基因並在渦蟲和兩棲動物中關閉它們，以分析這些基因的功能。透過這種方式，研究人員希望找出哪些基因負責再生。
RNA 干擾 (RNAi) 是一種生物體用來沉默基因的機制，當它們的蛋白質產物不再需要時。當短 RNA 分子與 mRNA 片段結合時，會發生沉默，從而阻止 mRNA 的翻譯。為了專注於使渦蟲能夠再生的基因，Sánchez Alvarado 及其同事正在使用 RNA 干擾 (RNAi)。RNAi 是一種生物體用來沉默某些基因的自然過程。Sánchez Alvarado 的團隊利用 RNAi 有意干擾所選基因的功能。研究人員希望，透過系統地關閉基因，他們將能夠確定哪些基因負責再生。研究人員希望他們在渦蟲中的研究將提供遺傳線索，幫助解釋兩棲動物在受傷後如何再生肢體。找到關鍵基因並瞭解它們如何在渦蟲和兩棲動物中促進再生，可能使我們更接近於在人類中促進再生。
特別是在渦蟲中，渦蟲可以從其身體的一小部分重新長出一個完整的蟲體，RNAi 關閉特定基因的能力導致了以下發現：頭部和尾部形成的位置由 *刺蝟訊號通路和 Wnt/B-catenin 通路控制。Wnt/B-catenin 通路調節前後軸的形成。“沉默”刺蝟或 Wnt/B-catenin 中的任何一個，用 RNAi 導致頭部和尾部在錯誤的末端生長 [12]。此外，一些基礎研究人員正在試圖弄清楚幹細胞是如何工作的，方法是研究渦蟲。這些蟲子就像幹細胞一樣，可以再生。渦蟲與幹細胞的相似並非巧合。科學家們已經發現，渦蟲能夠進行驚人的再生行為，這是由於它們體記憶體在專門的幹細胞。猶他大學醫學院發育生物學家亞歷杭德羅·桑切斯·阿爾瓦拉多在鹽湖城使用基因沉默技術 RNAi 來尋找對再生至關重要的渦蟲基因。他發現了 240 個基因，當這些基因被沉默時，會導致蟲體的生長和再生能力出現物理缺陷。有趣的是，其中 16% 的基因看起來非常像與人類疾病相關的基因。
- 除了渦蟲的再生外，刺蝟訊號通路對於哺乳動物的大腦、腸道、手指和腳趾的發育至關重要。
RNAi 不僅保護細胞免受外源基因的侵害，它還參與調節細胞自身的基因，包括細胞自身的一套非編碼 mRNA。因此，RNAi 功能不正常會導致疾病和遺傳性疾病，包括脆性 X 染色體綜合徵。脆性 X 染色體綜合徵會導致智力障礙，因為 FMRP（一種通常從 FMR1（脆性 X 智力障礙 1）基因合成的蛋白質）的缺失。已經發現 FMRP 是 RISC 的一個組成部分，表明這種蛋白質的缺失會阻止神經元中 RNAi 的正常功能，從而導致智力障礙 [13]。（需要進行更多研究來建立這種聯絡。）
另一方面，RNAi 也具有治療神經系統疾病的潛力。與 RNAi 如何消除病毒感染中的外源 mRNA 相似，RNAi 的高度特異性可用於靶嚮導致神經系統疾病的正常基因的突變。透過這種方式，RNAi 可以透過“敲除”這些突變基因的表達來介導有害顯性等位基因的影響，同時保留正常基因。因此，這種潛力可以擴充套件到其他疾病，包括由三聯體擴充套件或三核苷酸重複（包括脆性 X 綜合徵，以及脊髓延髓肌肉萎縮和亨廷頓氏舞蹈症等神經退行性疾病）引起的疾病。[14]
- ↑ Macrae I, Zhou K, Li F, Repic A, Brooks A, Cande W, Adams P, Doudna J (2006). "Structural basis for double-stranded RNA processing by dicer". Science. 311 (5758): 195–8. doi:10.1126/science.1121638. PMID 16410517.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ Hammond S, Bernstein E, Beach D, Hannon G (2000). "An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells". Nature. 404 (6775): 293–6. doi:10.1038/35005107. PMID 10749213.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ 美國衛生與公眾服務部。細胞內部。2005 年 9 月。<http://www.nigms.nih.gov>。
國家普通醫學科學研究所 [15]
生物學頁面 [16]
功能基因組學、脆性 X 染色體綜合徵和 RNA 干擾 [17]
新遺傳學 (2006)：n. pag. 美國衛生與公眾服務部，國立衛生研究院，國家普通醫學科學研究所。網路。<http://www.nigms.nih.gov>。