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RNAi5年成果回顾
RNAi 5 年成果回顾
1998 年 Andrew Fire 和 Craig Mello 等人首次证实双链 RNA 分子可诱导同源目标 mRNA 降解,
导致特定基因表达沉默,并将其命名为 RNA 干扰(RNA interference, RNAi)。2001 年 Tuschl,Phil
Sharp等人在 Nature上首次证实哺乳动物细胞中也存在 RNAi机制,并指出长度为 21-25 nt的 siRNA
瞬时转染体外培养的哺乳动物细胞能诱导 RNAi,但并不启动细胞凋亡或者干扰素响应。Tuschl 提
出 21bp、3’末端带有 2 个碱基突出的 siRNA(正符合 Dicer 酶切产物的特征)最有效。如果说 2001
年权威期刊《Science》10 大突破之一的“RNA 新功能”中提及 RNA 干扰现象,算是一次暂露头
角的前奏,那么 RNAi 真正大放异彩成为“主角”则是在 2002 年——siRNA 当选《Science》2002 年
度 10 大重要突破之首。打那之后,5 年来,RNAi 研究和应用达到了前所未有的新高度——从 RNAi
机制原理、RNAi 技术在基因功能研究领域的应用,乃至临床应用等众多领域都有大量突破性成果
涌现——RNAi 已经成为基因功能研究和基因治疗研究等领域的最热门技术之一,仅仅在首次命名
RNAi 的 8 年之后,Andrew Fire 和 Craig Mello 因此荣获 2006 年诺贝尔生理医学奖。
1. RNA 干扰机制研究----生物
体内广泛存在的 RNAi 作用是
什么?
(1)病毒防御
RNA 沉默被认为是低等
生物和植物抗病毒防御系统
的一道防线,2002 年 5 月《Science》的一篇
封面文章将这一范围扩大到了动物领域:加州
大学里弗塞德分校的 Shou-Wei Ding 等人首
次证明动物细胞也利用 RNA 沉默来抵御病毒
侵染,这也是首次为证明动物和植物王国抗病
毒通路的高度保守性提供了实验证据。之后法
国科学家进一步将这一范围扩大到了哺乳动
物。2006 年 Eugene Koonin 等人又证明原核生
物里存在类似于真核生物 RNA 干扰系统的
RNA 沉默机制。
(2)基因调控
多年来DNA和蛋白质一直是基因组研究
中的主角,而 RNA 只是被看作来往与 DNA
和蛋白质间的信使而已。然而越来越多的证明
表明了 RNA 的重要作用。在小分子 RNA 中
发现了一类与调节基因表达
密切相关的分子 micro RNA
(miRNA)。这种内源性的小分
子 RNA 针对 3’端非编码区,
有着极高的保守性,并在组织
中广泛表达,可在转录后以及
翻译水平上调控基因表达。有人推测 siRNA
实际上不过是外源或病毒的 dsRNA 闯入内源
RNAi 通路的结果而已。寻找这类调节分子及
其靶基因已成为研究的热点。2005 年 White
head 和 MIT 的研究人员发现 miRNA 调节着
成千上万个人类基因,这些基因所占比例超过
基因组蛋白编码区域的三分之一。这首次证明
了 miRNA 影响着很多的生命功能。在解开
miRNA 如何影响生物体发育的这一未解之谜
的道路上,Gaul 等人证明了 miRNA 调节着许
多发育中基本的过程,包括身体形态、形态发
育学、神经系统和肌肉的发育,尤其是对细胞
存活意义重大。另一方面,David Bartel 等人
发现在植物中存在的miRNA也控制发育过程
中的基因表达。
生物通 第 1 页 ebioTech特刊RNAI 5年回顾及技术宝典
2005 年《Nature》的一篇综述“Gene
regulation:expression and silencing coupled”
中提到,RNAi 不仅可以通过促使 mRNA 分
解以进行转录后调控,而且 RNAi 也在另外一
个基因调控的过程——染色质的修饰中扮演
了重要的角色,这一过程主要是通过控制组蛋
白甲基化等修饰来实现的。这说明了 RNA 干
扰的一部分作用机理:由于只有在 DNA 未折
叠的情况下基因才会表现,因此 miRNA 凭借
甲基化等修饰组蛋白而影响局部 DNA 的折
叠,从调控大区域的基因表现,在发育及分化
的过程中扮演了极为重要的地位。miRNA 所
诱发的染色质修饰需要 RNA polymeraseII 的
参与,而也就说明了这种凭借甲基化染色质来
抑制基因表达的过程,可能也是需要先转录成
RNA,然后制造 siRNA 以进行染色质的修饰,
抑制基因的表达。
2006年David Corey还在Nature Chemical
Biology发表文章提出 siRNA不单可以沉默目
标基因的表达,在某种情况下还可
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