小RNA的合成

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发布日期：2011-01-05 02:25 文章来源：美国GeneCopoeia（复能基因）
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关键词： GeneCopoeia RNAi 　 点击次数：

RNAi机制中最引人注目的亮点就是仅由20~30 nt组成的小dsRNA。它们是由RNaseIII酶（可以是Dicer单独发挥作用，也可以是Drosha和Dicer共同发挥作用）剪切长RNA得到的产物。按照小RNA的来源前体的不同，我们可以将其分为两大类：一是小干扰RNA（siRNA），它是细胞为了应对病毒感染或者其它人工导入分子而剪切外源性长dsRNA前体而生成；二是miRNA，它由细胞运用其自身基因组编码的茎环结构加工而来。借助高通量测序技术，人们发现了好几种内源性小RNA，包括最近发现的PIWI相互作用RNA（PIWI-interacting RNA, piRNA）和内源性siRNA（esiRNA）。

不过，这些小RNA子都有一个共同的特征，那就是它们都能与Argonaute蛋白相结合，从而发挥它们的靶向作用。图1是小RNA形成机制概览。

图1 简述小RNA分子的形成过程以及RNA沉默的机制。

a、能够形成dsRNA结构或者发夹结构的天然转录产物是形成小RNA分子的前体物质。这些双链结构的RNA分子经由Drosha或Dicer等RNaseIII处理之后就能得到小dsRNA分子。如果这些小dsRNA分子之间的配对情况非常好，如图中左侧所示，那么就会经由Argonaute蛋白的酶切活性进行进一步处理，生成小ssRNA产物。如果像图中右侧所示的那样，小dsRNA分子之间的配对情况不是非常好，比如出现了错配或者有环状凸出，那么它们就不能被Argonaute蛋白酶切处理，只能经由一种不依赖酶切活性的方式生成最终的小ssRNA产物。目前，我们对于究竟是哪种蛋白参与其中来发挥解链活性还不得而知。生成的小ssRNA分子随后会与Argonaute蛋白结合，但究竟是哪一条单链分子（正链或负链）结合到Argonaute蛋白上则取决于它们的热力学稳定性。结合了单链小RNA分子的Argonaute蛋白会根据单链RNA分子的序列寻找能够与其互补配对的mRNA分子，并与之结合，然后抑制它的表达。而究竟采用哪种机制沉默该基因的表达，比如是直接降解目的mRNA还是仅仅抑制其表达，在很大程度上取决于mRNA和小RNA分子之间的互补程度。

b、在秀丽隐杆线虫和某些植物细胞中发现，某些小RNA分子还可以通过RNA依赖的RNA聚合酶（RdRP）来合成。有一些天然转录产物（通常它们都是异常的转录产物）都是这种依赖RdRP途径合成的小RNA分子的前体来源物质。因此，缺乏RdRP活性的物种，比如哺乳动物和黑腹果蝇等物种体内是不会发现这种小RNA合成机制的。经过这种途径生成的小RNA分子随后同样也是与Argonaute蛋白相结合，发挥抑制靶基因表达的作用。

c、有一类Argonaute蛋白只存在于生殖细胞当中，它们被称作PIWI亚科蛋白，它们可以与piRNA结合，随后形成的复合物能够沉默转座子。单链前体RNA分子在未知蛋白的作用下经过初步处理过程形成piRNA。在生殖细胞内，PIWI蛋白在沉默转座子的同时还能大量扩增piRNA分子，这个过程被称作进一步处理过程，或者叫ping-pong扩增环路反应，这种反应在包括小鼠和斑马鱼在内的多个物种体内都广泛存在，非常保守。在这步反应当中，PIWI蛋白的剪切活性会不断剪切转座子转录产物（即piRNA的前体物质）形成piRNA的5'端，但是piRNA的3'端是由什么蛋白质负责生成的，我们现在还不清楚。

1. siRNA的生物合成

Dicer（详见表1）能够将长dsRNA剪切成siRNA。这些小双链siRNA的长度只有21~25 nt，它们分别在5'端有一个磷酸基团，3'端有一个羟基基团和由两个核苷酸形成的突出末端，所有这些特征都非常适合于RNaseIII介导的剪切作用发挥功能。Dicer蛋白包含一个PAZ结构域（与siRNA的3'端结合）和两个具有催化活性的RNaseIII结构域。Dicer蛋白可单独发挥作用，但此时两个RNaseIII结构域彼此结合在一起形成一个内部二聚体（internal dimer）结构。PAZ结构域与两个RNaseIII结构域之间的距离刚好等于RNA中25 bp的长度，因此Dicer蛋白自身就是一条分子尺。

表1 参与RNA沉默途径的各物种关键蛋白一览表

编辑: helen

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