3.2 通过DNA 甲基化在转录水平调节基因表达
对RNAi 相关基因突变体的研究表明RNAi 机制参与细胞编码基因正常转录的调控 , 生物体内三种基因沉默机制---DNA 甲基化、协同抑制和转座子沉默均与RNAi 有关。Wessenegger等1994 年在植物中发现染色体DNA 甲基化依赖于RNA 复制, 即依赖于双链RNA 的存在。随后Wessenegger 与Pelissier又证实病毒在细胞内复制所形成的双链RNA 可使宿主染色体上长约30bp 的同源序列甲基化, 并发现只要存在序列同源性, 双链RNA 即可使基因发生甲基化。DNA 甲基化后, 基因就会失去转录活性, 不再起始转录,导致特定基因沉默。而且这种甲基化状态可以传给子代, 使该基因在子代中表达仍然受到抑制。协同抑制现象指转入的基因可导致细胞内同源基因沉默, PalBhadra 等证实在果蝇中协同抑制是由于Polycomb 复合体结合到内源基因上所致, Polycomb 由siRNA 引导并结合到同源序列附近, 使染色质处于非活性状态, 抑制其起始转录。另外Sijen 等发现在矮牵牛( Petunia) 中若转入基因产生的dsRNA 与靶基因的启动子同源则会导致转录水平基因沉默( t ranscriptional gene silencing ,TGS) , 若与编码区同源则会导致转录后基因沉默(PTGS) , 而且还发现TGS 和PTGS 过程中都有小分子RNA 产生, 并且两个过程均伴随靶序列的DNA 甲基化, 最终都可导致基因沉默。
3.3 在翻译水平调节机体发育
对动植物中RNAi 相关基因突变体的研究表明RNAi 机制与生物发育过程相关, 其作用机理是RNAi 机制的某些组分通过与PTGS 彼此分离但又密切相关的过程参与对发育过程的调控。Ketting等发现单个Dicer 基因dcr21 发生突变的线虫,除了RNAi 机制缺失外, 还产生了一系列表型改变。并且dcr21 突变体表现出的发育时序的改变与let27 和lin24 突变体相似, 而let27 和lin24 编码小分子RNA , 在体内首先合成～70nt 长的RNA 前体, 然后在Dicer 作用下生成～ 22nt 的小分子RNA , 称为小分子瞬时RNA ( small temporalRNA , stRNA) , 这些小RNA 在线虫的发育过程中参与对mRNA 翻译的调节, 是特定基因的负调控因子, 但并不介导mRNA 的降解, 而是结合于mRNA3'非翻译区, 阻止核糖体与mRNA 有效结合, 从而抑制翻译的进行。stRNA 和siRNA 关系密切, 除了都由Dicer 加工成熟之外, RNAi 必需的Argonaute (alg21 , alg22) 家族基因也为两种RNA 行使生物功能所必需。研究者认为在RNAi 过程中形成的RISC 复合物既含有siRNA 又含有stRNA , 此复合物可根据不同情况产生不同效应, 它可利用siRNA 与靶mRNA 互补介导mRNA 降解, 但若siRNA 与靶序列不能严格配对(如有单个碱基错配) , 则PTGS 即无法进行, 此时复合物又可转而利用stRNA 抑制核糖体在mRNA 上延伸从而在翻译水平阻断基因表达, 此模型中RISC 作为一个平台, 不同情况下可以募集不同的组件在其上装配, 从而行使不同的功能, 但最终均导致特定基因沉默, 最近Sharp等证实在哺乳动物培养组织中, siRNA 确实可通过与mRNA3′端非翻译区结合而抑制翻译的进行。
3.4 作为基因组的免疫系统
所有的复杂生物的基因组在长期的进化过程中均面临着病毒等外来核酸序列的侵入, 如人类基因组约有54 %的序列含有这种入侵留下的遗迹。那么生物怎样才能使自己的基因组免受外来核酸分子侵袭, 保持结构完整呢? 研究表明RNAi 机制在真核细胞中起着类似动物免疫系统的作用, 充当基因组的防护者。在植物中, RNAi 导致的PTGS 和VIGS 是保护基因组免受病毒入侵的重要机制, 在动物中也存在类似的机制。除了可以抵御外来病毒入侵外, RNAi 还可以控制基因组自身的寄生物---转座因子的活动, 在许多生物中, RNAi 机制通过使转座因子或重复序列区域异染色质化, 大大抑制了转座子和重复序列之间的同源重组对基因组可能造成的破坏。正是由于RNAi 机制的存在, 才使生物基因组在长期的进化过程中能够保持结构的完整性和遗传的连续性。综上所述, 可见RNAi 机制在真核生物生命活动中处于极为重要的地位, 可以把它看作是一个以小分子RNA 为核心的由多种组分构成的真核基因表达调控体系。它可以在转录水平、转录后水平和翻译水平调节基因表达, 并与细胞众多生物学过程密切相关。
