发布日期: 2011-01-12 18:33 | 文章来源: 美国GeneCopoeia(复能基因) |
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双链RNA能够以序列特异性的方式导致基因沉默的机制自发现起就对生物学的发展产生了巨大影响,它揭示了人们以前未曾注意到的基因表达调控机制。这种机制被称为RNA干扰(RNAi)或者RNA沉默(RNA silencing)。一些非编码小RNA分子(small non-coding RNA)也参与了该途径。它们先与包含了核酶的调控复合体相结合,随即与序列互补的信使RNA靶标配对,阻止其表达。科学家们已经对RNAi途径进行了非常多的研究,也取得了很多重大进展,我们现在几乎可以像了解转录因子那样非常透彻地解密“RNAi 密码”了,这样,我们就能够更好地调控、协调基因表达过程,更好地了解细胞的生理学及发展过程。
RNAi机制的发现对于RNA生物学来说不亚于一场革命。科研人员发现了一种“隐藏多年”的基因表达调控机制--许多以前未曾发现的仅长20~30 nt的小RNA分子可以介导基因沉默。我们在RNAi过程中发现了多种基因调控机制,这些机制在RNAi过程中都起到了关键性的作用,比如沉默内源性基因表达的机制和抑制各种病毒或转座子等寄生性或致病性外源“入侵者”表达的机制等。
最 基 本 的 RNAi 途 径
细胞内表达的长dsRNA或外源性长dsRNA(可以是由正链转录产物和负链转录产物配对而成的结构,也可以是ssRNA内形成的茎环结构)在Dicer酶的作用下降解成小RNA;
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小RNA的双链解开,其中一条链被优先装载入RNA诱导沉默复合物(RISC)中;
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装载了小RNA的RISC复合物就会在细胞内积极地“搜索”转录组,探寻潜在的RNA靶分子。被装载入RISC复合物当中的向导链(guide strand)--ssRNA随后引导RISC复合物当中的核酸内切酶(有时被称作“切割机”,现在人们知道它是Argonaute蛋白)反复剪切拥有向导链同源序列的mRNA靶分子。向导链就是通过这种方式来发挥特异性的RNAi作用的;
尽管不同生物体内,参与RNAi途径的蛋白和相关机制各有不同,但是它们的干扰策略却惊人地一致。在所有被研究过的物种中,RNAi都包含两种主要的组成成分,即决定干扰特异性的小RNA和发挥抑制作用的Argonaute蛋白。
根据RISC复合物中Argonaute蛋白的天然活性以及小RNA与其靶标mRNA之间互补程度的不同,RISC复合物与靶标mRNA结合后会发挥几种不同的作用,它可以控制mRNA的稳定性和蛋白质合成、维持基因组完整性,或产生一系列特异性的小RNA。随着高通量测序技术的出现以及生物信息学的不断进步,科研人员得以对小RNA的起源及其靶向机制开展更深入的研究。他们发现,在各个不同的物种当中,RNAi系统获得了不同程度的改进,包括进化出“内置式的”分子“刻度尺”,用来控制小RNA的大小和结构,从而挑选出小dsRNA中最合适的那条单链分子进入下一步骤;或进化出防止“脱靶”现象出现的机制等等。
科研人员还发现RNAi通路的活性会在各个水平(从小RNA的生成到RISC复合物的沉默模式)受到严密调控。
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