RNA干扰的研究进展

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RNA干扰的研究进展

日前瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，将２００６年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家Andrew Z. Fire和Craig C. Mello，以表彰他们“发现了控制遗传信息流动的基本机制”——ＲＮＡ干扰机制。此前，ＲＮＡ分子只是被当作从ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）到蛋白质的“中间人”、将遗传信息从“蓝图”传到“工人”手中的“信使”，但Andrew Z. Fire和Craig C. Mello的研究让人们认识到，ＲＮＡ作用不可小视，它可以使特定基因开启、关闭、更活跃或更不活跃，从而影响生物的体型和发育等。    Photo: Stanford  　　Andrew Z. Fire 　　生于1959年,1983年于美国麻省理工学院获生物学博士学位,现任美国斯坦福大学医学院病理与遗传学教授。 •  Free in PMC Structural analysis of hyperperiodic DNA from Caenorhabditis elegans. Nucleic Acids Res. 2006 May 31;34(10):3057-66. •  On the role of RNA amplification in dsRNA-triggered gene silencing. Cell. 2001 Nov 16;107(4):465-76. •  Genes and mechanisms related to RNA interference regulate expression of the small temporal RNAs that control C. elegans developmental timing. Cell. 2001 Jul 13;106(1):23-34. •  Recognition and silencing of repeated DNA. Annu Rev Genet. 2000;34:187-204. •  The rde-1 gene, RNA interference, and transposon silencing in C. elegans. Cell. 1999 Oct 15;99(2):123-32. •  Specific interference by ingested dsRNA. Nature. 1998 Oct 29;395(6705):854. •  Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature. 1998 Feb 19;391(6669):806-11.   photo：UMASS 　　Craig C. Mello 　　生于1960年,1990年于美国哈佛大学获生物学博士学位,现任美国马萨诸塞大学医学院分子医学教授。 •  Functional proteomics reveals the biochemical niche of C. elegans DCR-1 in multiple small-RNA-mediated pathways. Cell. 2006 Jan 27;124(2):343-54. •  Somatic mi***pression of germline P granules and enhanced RNA interference in retinoblastoma pathway mutants. Nature. 2005 Jul 28;436(7050):593-7. •  Micromanaging insulin secretion. Nat Med. 2004 Dec;10(12):1297-8. •  Revealing the world of RNA interference. Nature. 2004 Sep 16;431(7006):338-42. •  MEP-1 and a homolog of the NURD complex component Mi-2 act together to maintain germline-soma distinctions in C. elegans. Cell. 2002 Dec 27;111(7):991-1002. •  The dsRNA binding protein RDE-4 interacts with RDE-1, DCR-1, and a DExH-box helicase to direct RNAi in C. elegans. Cell. 2002 Jun 28;109(7):861-71. •  Genes and mechanisms related to RNA interference regulate expression of the small temporal RNAs that control C. elegans developmental timing. Cell. 2001 Jul 13;106(1):23-34. •  Genetic requirements for inheritance of RNAi in C. elegans. Science. 2000 Mar 31;287(5462):2494-7. •  The rde-1 gene, RNA interference, and transposon silencing in C. elegans. Cell. 1999 Oct 15;99(2):123-32. •  WRM-1 activates the LIT-1 protein kinase to transduce anterior/posterior polarity signals in C. elegans. Cell. 1999 Jun 11;97(6):717-26. •  RNAi in C. elegans: soaking in the genome sequence. Science. 1998 Oct 16;282(5388):430-1. •  Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature. 1998 Feb 19;391(6669):806-11. 　　RNA干扰（RNA interference ，RNAi）是指特异性针对目标基因的同源双链RNA的导入，引起目标基因的不表达或减效表达。RNAi现象广泛的存在于生物界，从低等原核生物，到植物、真菌、无脊椎动物，甚至哺乳动物中也发现了此种现象。 　　RNAi的发现与发展 　　1990年，亚利桑那州立大学Rich Jorgensen在对转基因植物矮牵牛花（Petunias）的研究中，将色素合成基因置于一个强启动子后，导入矮牵牛花中，试图加深花朵的紫颜色，结果是不仅没看到期望中的深紫色花朵，反而自身色素合成也减弱了，多数花朵出现白斑甚至全白，表明此两组色素合成颜色控制基因并不彼此互补，而是产生交互作用将基因关闭作用。Jorgensen将这种现象称为“共抑制”(cosuppression) ，因为导入的基因和其相似的内源基因同时被抑制。后来人们在拟南芥中进一步观察到，共抑制是发生在转录后水平，而不是转录水平，即被称为转录后基因沉默（post transcriptional gene silencing，PTGS）。

　开始这种现象被认为是矮牵牛花的特有现象，后来发现许多其他植物，甚至真菌中也有类似现象。1992年Ramamor N等在粗糙脉孢菌（Mold neurospora crassa）中导入合成胡萝卜素基因后，约30％的被转化细胞中自身合成胡萝卜素的基因失活，他们称为基因静止（quelling）。

　　在这现象研究的同时，分子生物学家一直从事“反义”（antisense）技术的研究工作。这是一个利用RNA关闭基因的方法。Antisense技术是把与靶蛋白RNA互补的反义链注射入细胞中，期望反义链能与靶RNA结合，阻断特定蛋白质的生成，从而关闭基因。1995年康乃尔大学的Guo. S和Kemphues等尝试用反义RNA阻断秀丽新小杆线虫?（Caenorhabditis elegans)的par-l基因的表达，结果发现正义RNA和反义RNA均能阻抑基因功能表达，而且两者的作用是相互独立的，机制各异。对此，该研究小组一直不能合理解释。

　　直到1998年，华盛顿卡耐基研究院的Andrew Fire和马萨诸塞大学医学院的Craig Mello将双链RNA（dsRNA）——正义和反义RNA的混合物注入秀丽新小杆线虫中，结果比单独注射反义链诱导基因沉默的效率高十倍，经过反复实验发现在制备正义和反义RNA时都污染了痕量的双链RNA，Guo和Kemphues以前的发现以及Andrew Fire和Craig Mello所观察到的现象并非来源于正义或反义RNA，也是由痕量的dsRNA引起。由此推断， dsRNA可以触发高效的基因沉默机制，并极大程度的降低靶mRNA水平，人们将这一现象命名为RNA干扰（RNAi）。（未完）

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