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RNA干扰研究前沿和应用领域
作者:未知 来源:基因快讯 时间:2007-11-20

      多年来,生物学家认为RNA在生命过程中的作用仅仅是将遗传信息从DNA传递到蛋白,就象蜂群中的雄蜂般没有创意。但近几年的一系列发现使研究者对RNA,尤其是mRNA以外的哪些小RNA的功能有了全新的认识。生物体中有一群小RNA(目前看来人体中编码约255种小RNA,竟占整个基因组近1%,很多可能编码自以前被认为“垃圾DNA”的区域),它们也可通过自身的RNAi机制,在生命过程的各个阶段关闭或调控基因表达水平,从而控制细胞的多种生命活动。尤其在发育过程中2003年有一些激动人心的最新发现:仅约22个核苷酸长度的小RNA,发现竟能引导早期发育――从使植物叶片成形到介导果蝇胚胎在植物组织中的细胞增殖;缺少RNAi蛋白Dicer(一种RNA酶III家族的酶,参与RNAi过程中对RNA的剪切)的小鼠会缺少干细胞的某些分化系(swaths of stem cells),在出生前就夭折;小鼠中特定的小RNA能帮助引导干细胞生成胚胎的血细胞系统。

      此外,有些RNAi现象能在DNA编码不变的情况下传代,甚至在一些物种中对基因组进行调整,有人形象地比喻它为“引导基因组的手”,生动体现了小RNA源于基因组但对基因组所具有的强大反馈作用。《Science》上一篇题为“RNAi Extends Its Reach”的综述详细阐述了RNAi途径已经不仅仅限于沉默mRNA,还作用于基因组。这方面的具体机制还不是非常明确,但在植物中发现伴随有DNA甲基化现象,科学家们预测要描绘一张完整的RNA引导基因组改变的图谱可能需要对RNA信号,DNA甲基化和组蛋白修饰之间的相互作用进行更进一步的研究。
    综合来看,我们可将目前报道的内部RNAi机制可能的功能,大致分为以下几类:

    1. 抗病毒功能
      Voinnet和Li等分别在植物和果蝇中发现了通过RNAi实现的抗外源核酸机制:被大多数RNA病毒启动的RNAi可导致病毒基因组降解。例如在果蝇细胞中, Flock house virus (FHV)就能引发果蝇内部的RNAi反应,产生FHV特异性的siRNA来降解感染的FHV。

    2. 基因调控
      目前在人、蠕虫,果蝇和植物等生物体中都发现了小RNA,有的通过结合3'非翻译区(UTR )和靶mRNA抑制mRNA翻译,有的作为siRNA通过RNAi机制破坏靶基因转录本,对基因表达水平进行调控。

    3. 染色质浓缩
      内源的siRNA,一些小RNA可能通过使染色质浓缩调节基因表达。一些研究小组发现dsRNA结合到植物启动子区域能通过一种使DNA甲基化的作用导致基因沉默;在蠕虫体内检测到许多Polycomb 蛋白(能结合染色质)是RNAi过程所必须的;裂殖酵母中内源siRNA可介导中心粒区染色质浓缩,导致这个位点的基因转录沉默。如Vera Schramke等在裂殖酵母中通过合成shRNA反式抑制同源位点,导致在mate区沉默的Swi6染色质浓缩。这些结果都提示一些内源性的siRNA通过导致染色质浓缩来调节基因水平。

    4. 转座子沉默
      目前,两方面的证据提示转座子沉默涉及siRNA。其一,发现蠕虫mut-7基因参与RNAi和转位抑制。其二,从裂殖酵母的中心粒区也分离出siRNA,并检测到这些siRNA介导此区内组蛋白甲基化。由于中心粒区包含重复序列――含转座子片段,在一些减数分裂基因中也发现了通过其附近的逆转录转座子LTR(长末端重复序列)介导的RNAi,推测在siRNA介导的中心粒区域的组蛋白甲基化可能源于古老的转座子沉默作用。

    5. 基因组重组
      siRNA可能参与纤毛虫,四膜虫虫体间结合时的基因重组。结合到重组序列的siRNA,在虫体之间的结合过程中介导DNA缺失和染色体断裂。有趣的是,在这些siRNA介导的程序性DNA删除事件中,也发现需要重组区域组蛋白的甲基化。

      结语:RNAi的确有太多的值得研究的领域和值得期待的发现,我们真诚地希望中国科学界能在探索小RNA世界的潮流中占据令人瞩目的一席。

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