RNA干擾技術(shù)的應(yīng)用
- 期刊名字:中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)生
- 文件大小:513kb
- 論文作者:應(yīng)彩云,鐘鳴
- 作者單位:南方醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院2004級(jí)醫(yī)學(xué)影像學(xué)專(zhuān)業(yè),南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院2004級(jí)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)(醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù))專(zhuān)業(yè)
- 更新時(shí)間:2020-06-12
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綜述·200年11月第45卷第20期RNA千擾技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)彩云1鐘鳴2(1南方醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院2004級(jí)醫(yī)學(xué)影像學(xué)專(zhuān)業(yè);2南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院2004級(jí)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)(醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù))傳專(zhuān)業(yè)廣州520515)[摘要]RNA干擾是自然界生物中廣泛存在的一種保守的自我保護(hù)現(xiàn)象。隨著對(duì)RNAi發(fā)生機(jī)制的深入研究RNA正作為一種成熟的技術(shù)被研究工作者廣泛應(yīng)用于功能基因組的研究,如基因功能的檢測(cè)、基因治療腫瘤多藥耐藥研究、藥物開(kāi)發(fā)等。[關(guān)鍵詞]RNA干擾;雙鏈RNA;RNA降解;基因治療;腫瘤多藥耐藥中圖分類(lèi)號(hào)R392-3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-9701(2007)20-152-03RNA( RNA interference,NAi)干擾是指在生物體細(xì)胞內(nèi)由種ATP結(jié)合蛋白(ATP- binding cassette,Bc)轉(zhuǎn)運(yùn)體有著密切于外源性或內(nèi)源性雙鏈RNA誘導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生序列特異的RNA關(guān)系。2006年, Parker等報(bào)道,RDE4是RNAi干擾產(chǎn)生過(guò)程降解的自然現(xiàn)象,是自然界生物中廣泛存在的一種保守的自我中的另一個(gè)必需蛋白,RDE4D的二聚體對(duì)細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)的內(nèi)源保護(hù)現(xiàn)象。RNA干擾技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種基因研究工性或外源性長(zhǎng)的dsNA具有高度的親和力并可以?xún)?yōu)先結(jié)合到具,被廣泛地用于功能基因組的研究,如基因功能的檢測(cè)、基因 dsrNa上。利用特異的抗體將RDE4進(jìn)行免疫沉淀,檢查治療腫瘤多藥耐藥研究和藥物開(kāi)發(fā)等。RNAi產(chǎn)生的主要原因RDE4的免疫沉淀復(fù)合物時(shí)發(fā)現(xiàn),RDE4的免疫沉淀復(fù)合物是:在大多數(shù)的生物細(xì)胞內(nèi),由于外源性或內(nèi)源性雙鏈RNA中只有dRNA的存在,并沒(méi)有檢查出 siRNA的存在,因此,( Double stranded RNA, dsrna)的存在,在多種酶的作用下,RDE4在 siRNA介導(dǎo)的基因沉默的后續(xù)過(guò)程中并非必須產(chǎn)生與dRNA的序列相特異的mRNA分子降解使目的基因的的,可能只起到優(yōu)先結(jié)合并傳遞 dsrNa給Dcer酶的作用,但表達(dá)量降低甚至消失,但并沒(méi)有破壞或改變?cè)瓉?lái)的目的基因,關(guān)于RDE4如何去辨別長(zhǎng)的dRNA和iRNA的機(jī)制目前尚不即誘導(dǎo)產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄后基因沉默( Posttranscriptional gene silencing,清楚。PTGS)。12RNA干擾誘導(dǎo)特異性基因沉默的特點(diǎn)作為一種新的功能基因研究工具,RNAi有著傳統(tǒng)的基因研1RNA誘導(dǎo)特異性基因沉默的機(jī)制研究與特點(diǎn)究工具無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),傳統(tǒng)上對(duì)一個(gè)基因的功能研究主要是1.1RNAi誘導(dǎo)特異性基因沉默的機(jī)制研究通過(guò)向細(xì)胞內(nèi)引入需研究的靶基因的反義寡核苷酸,誘導(dǎo)靶基1998年,Fme等呵研究證明利用已知序列的 dsRNa能夠特因的沉默,利用反義寡核背酸沉默目的基因不僅花費(fèi)大操作復(fù)異性地阻斷秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)( Caenorhabditis elegans)體內(nèi)的目的基雜而且周期長(zhǎng),不利于廣泛地被利用。而利用RNAi降解mRNA因表達(dá),RNAi開(kāi)始廣泛引起研究工作者的注意,并被用于多領(lǐng)使靶基因沉默,不僅花費(fèi)少周期短操作簡(jiǎn)單同時(shí)具備其特有域的科學(xué)研究中但對(duì)于RNA的發(fā)生機(jī)制目前仍沒(méi)有確切的報(bào)的優(yōu)點(diǎn)。(1)高效性大量的研究發(fā)現(xiàn),極少量的 dsrna進(jìn)入細(xì)道普遍認(rèn)為RNA現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制類(lèi)似于細(xì)胞的“免疫應(yīng)答”胞內(nèi)就可引起細(xì)胞內(nèi)靶序列的高度的表達(dá)沉默,通過(guò)對(duì)其深入機(jī)制四。 dsRNA進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)被一種具有類(lèi)似RNaeⅢ活性的核研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞內(nèi)存在著類(lèi)似于“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”的機(jī)制。在細(xì)酸內(nèi)切酶Dier結(jié)合,并被酶切成19~23nt的小干擾RNA胞內(nèi)存在著一種可以在無(wú)需引物存在的情況下,直接以RNA為模( small interference RNA,iNA),在ATP的作用下,iRNA與由板指導(dǎo)RNA合成的RNA聚合酶( RNA-directed RNA polymerase,多種蛋白質(zhì)結(jié)合形成且具有活性的RNA沉默復(fù)合物(RNA- - in- RdRP),當(dāng)結(jié)合有 SiRNA反義鏈的RSC根據(jù) Watdon-Crick的duced silencing complex,RIsC)結(jié)合,RC具有解螺旋酶的功基配對(duì)原則結(jié)合與反義鏈特異性互補(bǔ)的mNA后在降解能使與其結(jié)合的siNA雙鏈解螺旋成單鏈釋放正義鏈,保留NA的同時(shí)激活RdRP,激活的RdRP以RNA為模板合成新的反義鏈,隨后識(shí)別并結(jié)合細(xì)胞內(nèi)與其反義鏈相互補(bǔ)的 mrna dsrNa,新合成的 dsRNA再次被Dcer酶剪切成 siRNA, siRNA鏈。RSC將mRNA剪切成sRNA雙鏈降解mRMA,使靶基因重復(fù)著上一過(guò)程,使sRNA的降解mRNA的效應(yīng)起到放大的作表達(dá)沉默隊(duì)。最近在秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)研究中發(fā)現(xiàn)RNA的發(fā)生與用大大增強(qiáng)了sRNA沉默目的基因的效率。(2)高特異性Brj Nurs,2005,14{4):205-210.中國(guó)煤化工阿宗土香老年患者失眠的護(hù)理措施及體會(huì)臨床誤診誤治,2000{8孫CNMHG失眠因素調(diào)查分析及護(hù)理19(5):84-85.對(duì)策生休健,以,3):38-59Birkholz G, Gibson JM, Clements PT. Dying patients' thoughts of ending(收稿日期:2007-09-30)lot study of rural New MexicoU]. J Psychosoc NursMent號(hào)獸生2007年11月第45卷第20期綜述種 siRNA分子只對(duì)與其反義鏈特異性互補(bǔ)的mRNA起降解作后用Der或 RNaseⅢ體外消化長(zhǎng) dsRNA,得到各種不同的siR用如果去除 siRNA分子,基因沉默也隨即消失。(3)可傳遞性NA片段混合物除掉未被消化的 dsRna后,混合物可以直接轉(zhuǎn)RNA的效應(yīng)可在生物體內(nèi)不同的細(xì)胞之間傳遞甚至可隨細(xì)胞染細(xì)胞。但利用Dier或RNaeⅢ消化體外轉(zhuǎn)錄形成的 siRNA轉(zhuǎn)的分裂而傳給子代細(xì)胞,使子代細(xì)胞同樣具有對(duì)靶基因沉默的染細(xì)胞后較容易引起細(xì)胞內(nèi)干擾素樣反應(yīng),引發(fā)細(xì)胞內(nèi)非特異的效能叫?;虺聊?導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。(4)DNA載體體內(nèi)制備 SiRNA目前,用于RNA干擾研究的質(zhì)粒載體有很多種,但它們驅(qū)動(dòng)2 siRNA的設(shè)計(jì)與產(chǎn)生方法shRNA表達(dá)所用的啟動(dòng)子大多相同,一般為 RNA polymeraseⅢ2.1 SiRNA的設(shè)的某些基因啟動(dòng)子如H和U6啟動(dòng)子,啟動(dòng)子的自身元素均位正確的設(shè)計(jì)和選擇 siRNA靶序列可以有效地提高 siRNA沉于轉(zhuǎn)錄區(qū)的上游,且有明確轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)、終止點(diǎn),轉(zhuǎn)錄出的默目的基因的效能。目前sRNA靶序列設(shè)計(jì)主要是以Tuch的RNA無(wú)pyA尾,DNA載體可以帶有cF、RF的報(bào)告基因,以siRNA用戶(hù)指南以及 Ambion公司的 siRNA設(shè)計(jì)手冊(cè)為指導(dǎo)的:監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)染效率同時(shí)可以帶有表達(dá)抗生素的抗性基因,以篩選穩(wěn)(1)在目的基因DNA中選擇以AA(包括AA)起始的2nt序列,定轉(zhuǎn)染細(xì)胞株DNA載體一次制備可多次使用,實(shí)驗(yàn)主要是在因?yàn)閷?shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)3'端帶有UU的sRNA沉默目的基因的效率DNA水平上操作,對(duì) RNase free的環(huán)境要求相對(duì)較寬但實(shí)驗(yàn)一更高而且可以更好地抵抗 RNase的降解;(2)避免選擇起始密般需要較長(zhǎng)的時(shí)間,且轉(zhuǎn)染效率低。(5)慢病毒制備 siRNA碼下游50-1004終止密碼上游100以?xún)?nèi)的區(qū)域,避免選擇( shrNA)a2目前主要是由 lentivirus介導(dǎo)的RNA干擾。5’或3非編碼區(qū)域以及避免選擇內(nèi)含子區(qū)域;(3)避開(kāi)4個(gè)或以 Lentivirus是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒,可以整合入宿主細(xì)胞并長(zhǎng)期表達(dá),上的多囊A或多聚T的連續(xù)序列,以免轉(zhuǎn)錄過(guò)程的提前中斷;但比一般的逆轉(zhuǎn)錄病毒擁有更高的滴度,不僅可以感染分裂期(4)針對(duì)目的基因選擇2~4個(gè)的靶sRNA序列以便篩選能高細(xì)胞還能感染非分裂期細(xì)胞。利用 lentivirus構(gòu)建的 shrNA表效沉默目的基因的sRNA序列,并盡量控制sRN序列中GC達(dá)載體,可以代替瞬時(shí)表達(dá)載體使用,而且 lentivins-shRNA載的含量在35%~55%;(5)選擇合適的實(shí)驗(yàn)對(duì)照。最后,利用體經(jīng)過(guò)包裝系統(tǒng)包裝成假病毒顆粒后,可以用于感染依靠傳統(tǒng)BLAST對(duì)所選擇的序列進(jìn)行特異性分析圍目前已經(jīng)有許多轉(zhuǎn)染試劑難于轉(zhuǎn)染的細(xì)胞如原代細(xì)胞、懸浮細(xì)胞等,并且在感染網(wǎng)站可以提供 siRNA序列設(shè)計(jì)的免費(fèi)在線(xiàn)服務(wù)如Ami公司的后可以整合到受感染細(xì)胞的基因組中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定表達(dá),在線(xiàn)分析軟件??梢酝ㄟ^(guò)NCB網(wǎng)站查找感興趣的目的基因的是目前制備穩(wěn)定表達(dá) shRNA細(xì)胞株和進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)最為理想的mRNA序列登錄 Ambion公司網(wǎng)站按照網(wǎng)站的指示操作,網(wǎng)手段站可設(shè)計(jì)出多個(gè) BiRNA序列可供選擇,最后可根據(jù)設(shè)計(jì)原則選擇最合適序列3RNAi技術(shù)的應(yīng)用與應(yīng)用前景22sRNA的產(chǎn)生當(dāng)病毒基因、人工轉(zhuǎn)入基因、轉(zhuǎn)座子等外源性基因隨機(jī)整合研究發(fā)現(xiàn), siRNA直接轉(zhuǎn)染動(dòng)物細(xì)胞后通??梢哉T導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)到宿主細(xì)胞基因組內(nèi),并利用宿主細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí),宿主細(xì)胞內(nèi)目的基因產(chǎn)生3~7d的高度的沉默,隨后 siRNA隨時(shí)間的延長(zhǎng)常產(chǎn)生 dsrNa,隨即引發(fā)RNA沉默現(xiàn)象。最初RNA沉默現(xiàn)象是逐漸地被降解靶基因的沉默現(xiàn)象逐漸得到恢復(fù)基因沉默的效從植物的轉(zhuǎn)基因研究中發(fā)現(xiàn)的,被稱(chēng)為“共抑制(co- upper-率主要取決于細(xì)胞增殖速度和 SiRNA的效能叫。目前, siRNA主simn)”現(xiàn)象。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)“共抑制”現(xiàn)象主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后的要是通過(guò)下面的五個(gè)途徑來(lái)獲得:(1)化學(xué)合成 SiRNA目前,RNA水平四。在研究粗糙紅色鏈孢霉菌時(shí)也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象,被以化學(xué)合成方法合成的 sirnA主要被用于體外培養(yǎng)細(xì)胞的短暫命名為阻抑作用( quelling)"。在研究線(xiàn)蟲(chóng)的特異性基因時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。直接通過(guò)化學(xué)方法合成兩條互補(bǔ)的21~23mRNA單鏈,突也具有同樣的RNA沉默現(xiàn)象被命名為“RNA干擾”現(xiàn)象。隨后出端為DNA堿基,增加了 siRNA對(duì)RNae降解的耐受性,兩條RNA干擾倍受關(guān)注,廣泛的被研究應(yīng)用。在正常的生物體內(nèi)互補(bǔ)單鏈經(jīng)過(guò)退火形成雙鏈 siRNA或發(fā)夾結(jié)構(gòu)RNA,通過(guò)電轉(zhuǎn)RNA干擾起到抗病毒、抑制基因過(guò)量表達(dá)的作用。目前,RNA導(dǎo)或質(zhì)脂體的方法轉(zhuǎn)染給細(xì)胞,擁有效率高和對(duì)細(xì)胞毒害作用干擾技術(shù)被廣泛地用于功能基因的研究、腫瘤基因研究、藥物小的優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)染率通??梢猿^(guò)70%,且實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)潔,利用化篩選等領(lǐng)域。對(duì)一個(gè)感興趣的基因的研究目前通常是通過(guò)兩種學(xué)合成 siRNA對(duì)靶基因沉默的維持時(shí)間也較為短暫,一般72h途徑:觀察感興趣基因的突變株的表型的變化或通過(guò)敲除或沉之內(nèi),但合成費(fèi)用高,同時(shí)RNA較易被環(huán)境中的RNA酶所降默感興趣的目的基因觀察細(xì)胞表型的改變。在RNA被提出前,解所以對(duì)合成的條件和轉(zhuǎn)染時(shí)的操作有嚴(yán)格的要求,目前主要對(duì)感興趣的基因的沉默主要是通過(guò)反義技術(shù)來(lái)進(jìn)行,但利用反用于已找到最有效的 siRNA情況下的實(shí)驗(yàn)研究。(2)體外轉(zhuǎn)錄合義技術(shù)對(duì)目的基因進(jìn)行沉默,不僅操作復(fù)雜、特異性差效率成 siRNA在體外,利用RNA聚合酶的T3或T7啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄低。使用RNA技術(shù)沉默目的基因不僅操作較簡(jiǎn)單,且有特異性合成兩條互補(bǔ)的21-23mRNA單鏈經(jīng)過(guò)退火形成雙鏈 siRNA,強(qiáng)效"發(fā)展,利用DNA載體和再轉(zhuǎn)染給細(xì)胞,同樣具有維持時(shí)間短暫的缺點(diǎn),但較化學(xué)合成慢病中國(guó)煤化工建靶基因沉默穩(wěn)定株方法的費(fèi)用較低,目前主要被用于最有效的 SiRNA的篩選。成為CNMH數(shù)2在腫瘤的研究方(3)用Dcer或RNaⅢ消化體外轉(zhuǎn)錄形成的dRNA選擇面RNA技術(shù)被廣泛地用于新的腫瘤治療靶基因的尋找新的200~1000mt的靶mRNA序列,體外轉(zhuǎn)錄制備長(zhǎng)片段 dsrNa,然腫瘤藥物的研發(fā)、新的腫瘤藥物的作用靶點(diǎn)尋找和提高腫瘤細(xì)CHINA MODERN DOCTOR中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)生153綜述·年11月第45卷第20期胞對(duì)抗腫瘤藥敏感性研究等口測(cè)。RNAi在抗病毒的研究中也有short-interfering RNAs and hairpin RNAs in mammalian cells[JI Proc著重要的意義目前RNA技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于HⅣV研究和肝 Natl Acad Sci USA,20029996047-6052炎研究到。在藥物篩選方面,RNA被用于尋找新的藥物粑7 Yang D, Buchholz F, Huang Z et al. Short RNA duplexes produced by點(diǎn)和研發(fā)新的藥物等。隨著對(duì)RNAi的深入研究,RNAi的強(qiáng)hydrolysis with Escherichia coli RNase l mediate effective RNA inter-大的潛能正在被逐漸地發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí),盡管其目前仍存在較多ference in mammalian cells[]. Pmc Natl Acad Sci USA, 2002, 99(15):的問(wèn)題,如轉(zhuǎn)染效率低、穩(wěn)定性不高等,但隨著對(duì)其研究的深人,RNA技術(shù)將必定成為人類(lèi)戰(zhàn)勝胂瘤、HV等疾病的強(qiáng)有18DhmE. Silver PA. Retrovinug-delivered siRNAJ)力的武器。2002,2(1:15.[19] Tiscomia G. Singer 0, Ikawa M, et al. A general method for gene參考文獻(xiàn)interfering RNA[. Proe Natl Acad Sci USA, 2003, 100(4): 1844-1848,[I] Fire A, Xu S, Montgomery MK, et al. Potent and specific genetic interfer- [20]Li M, Rossi JJ. Lentiviral vector delivery of siRNA and shRNA encodingce by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans[]. Nature, 1998.genes into cultured and primary hematopoietic cells[]. Methods Mol Bi-391(6669)806-81ld,2005,309(1)261-2722]Plasterk RH. RNA silencing: thestem/Jl Science, [21] Fish R, Kruithof EK. 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