为什么siRNA是基因缺失研究的有效且特异的工具?
RNA干扰(RNAi)是指内源性或外源性双链RNA(dsRNA)介导的细胞内mRNA的特异性降解,导致目的基因表达沉默,功能表型相应丧失。
RNA干扰(RNAi)是实验室中一种强有力的实验工具,它利用同源双链RNA(dsRNA)诱导序列特异性靶基因沉默,快速阻断基因活性。SiRNA在RNA沉默途径中起着核心作用,是降解特定信使RNA(mRNA)的引导因子。SiRNA是RNAi途径的中间产物,是RNAi发挥作用的必要因子。siRNA的形成主要受Dicer和Rde-1的调控。由于RNA病毒的入侵、转座子转录、基因组中反向重复序列转录等原因,细胞中出现了Rde-1(RNAi缺陷基因-1)编码的蛋白质识别的外源dsRNA。当dsRNA达到一定量时,Rde-1使dsRNA与Rde-1编码的Dicer(Dicer是一种RNaseIII活性核酸内切酶,具有四个结构域:Argonaute家族的PAZ结构域、RNase III活性区、dsRNA结合区和leads脱氧核糖核酸解旋酶活性区)结合形成酶-dsRNA复合物。Dicer裂解形成siRNA,然后在ATP的参与下,细胞内RNA诱导沉默复杂RNAi干扰的关键步骤是组装RISC,合成介导特异性反应的siRNA蛋白。SiRNA掺入RISC,然后与靶基因的编码区或UTR区完全配对,降解靶基因。因此,siRNA只降解与其序列互补的mRNA。其调控机制是通过互补配对沉默相应靶基因的表达,所以是典型的负调控机制。siRNA识别靶序列的特异性很高,因为降解首先发生在相对于siRNA的中心位置,所以这些中心碱基位点极其重要,一旦发生错配,RNAi的作用就会受到严重抑制。
RNAi是基因功能研究的重要工具,因为它在基因沉默方面具有高效性和简便性。
大多数药物都是靶基因(或疾病基因)的抑制剂,所以RNAi是模拟药物的作用。LOF的这种研究方法比传统的功能增益法(GOF)更有优势。因此,在当今的制药工业中,RNAi是药物靶标识别的重要工具。同时,那些在靶向实验中被证明有效的siRNA/shRNA可以进一步开发成RNAi药物。
RNAi技术已广泛应用于药物靶标的发现和确认。生物技术公司或制药公司通常利用已建立的RNAi文库导入细胞,然后通过观察细胞的表型变化来寻找功能基因。例如,可以通过RNAi文库介导的肿瘤细胞的生长来发现能够抑制肿瘤的基因。一旦发现的基因属于药物靶点(如细胞膜上表达的蛋白或分泌到细胞外的蛋白),就可以针对这个靶点进行大规模的药物筛选。此外,还可以通过RNAi技术在细胞水平或动物体内进一步确认发现的靶标。
在疾病的治疗中,双链小分子RNA或siRNA已经在临床试验中用于几种疾病的治疗,如老年性黄斑变性、肌萎缩侧索硬化、类风湿性关节炎、肥胖症等。在抗病毒治疗中,帕金森病等神经系统疾病已经开始采用RNA干扰治疗。在肿瘤治疗方面也取得了一些成果。