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小干擾RNA |
小干擾RNA(Small interfering RNA;siRNA)有時稱為短干擾RNA(short interfering RNA)或沉默RNA(silencing RNA),是一個長20到25個核苷酸的雙股RNA,在生物學上有許多不同的用途。目前已知siRNA主要參與RNA干擾(RNAi)現象,以帶有專一性的方式調節基因的表達。此外,也參與一些與RNAi相關的反應途徑,例如抗病毒機制或是染色質結構的改變。不過這些複雜機制的反應途徑目前尚未明了。
簡介
小干擾RNA(siRNA),有時稱為短干擾RNA或沉默RNA,是一類雙鏈RNA分子,長度為20-25個鹼基對,類似於miRNA,並且在RNA干擾(RNAi)途徑內操作。它干擾了表達與互補的核苷酸序列的特定基因的轉錄後降解的mRNA,從而防止翻譯。 siRNA由雙鏈RNA (double strand RNA, dsRNA) 在細胞內被RNase III (如Dicer) 切割成21~25bp大小的雙鏈RNA。dsRNA可以是外源的, 如病毒RNA複製中間體或人工導入的dsRNA;也可以是內源的, 如細胞中單鏈RNA在RNA依賴的RNA聚合酶的作用下形成的dsRNA 。siRNA最早是由英國的大衛·包孔博(David Baulcombe)團隊發現,是植物中的轉錄後基因沉默(post-transcriptional gene silencing;PTGS)現象的一部分,其研究結果發表於《科學》。2001年,湯瑪士·塗許爾(Thomas Tuschl)團隊發現合成的siRNA,可誘導哺乳動物體內的RNAi作用,結果發表於《科學》。這項發現引發了利用可控制的RNAi,來進行生物醫學研究與藥物開發的方法。
評價
siRNA具有明確定義的結構:具有磷酸化5'末端的短(通常20至24bp)雙鏈RNA(dsRNA)和具有兩個突出核苷酸的羥基化3'末端。該切酶酶催化生產的siRNA由長的dsRNA和小髮夾RNA。siRNA也可以通過轉染引入細胞。由於原則上任何基因都可以被具有互補序列的合成siRNA敲低,因此siRNA是在後基因組時代驗證基因功能和藥物靶向的重要工具通過轉染外源siRNA進行的基因敲低通常是不令人滿意的,因為該效應僅是短暫的,特別是在快速分裂的細胞中。這可以通過產生siRNA的表達載體來克服。修飾siRNA序列以在兩條鏈之間引入短環。得到的轉錄物是短髮夾RNA(shRNA),其可以通過Dicer以其通常的方式加工成功能性siRNA。典型的轉錄盒使用RNA聚合酶III啟動子(例如,U6或H1)來指導小核RNA(snRNA)的轉錄(U6參與基因剪接; H1是RNase)人RNase P)的成分。理論上,所得的siRNA轉錄物然後由Dicer處理siRNA誘導的轉錄後基因沉默始於RNA誘導的沉默複合物(RISC)的組裝。該複合物通過切割編碼靶基因的mRNA分子來沉默某些基因表達。為了開始該過程,兩條siRNA鏈中的一條(引導鏈)將被裝載到RISC中,而另一條鏈即過客鏈被降解。某些Dicer酶可能負責將引導鏈加載到RISC中。然後,siRNA掃描並指導RISC到mRNA分子上完全互補的序列。認為mRNA分子的切割由RISC的Argonaute蛋白的Piwi結構域催化。然後通過切割與siRNA殘基10和11配對的靶核苷酸之間的磷酸二酯鍵精確切割mRNA分子,從5'端開始計數。這種切割導致mRNA片段被細胞核酸外切酶進一步降解。5'片段通過外來體從其3'末端降解,而3'片段從其5'末端通過5'-3'外切核糖核酸酶1(XRN1)降解。切割後靶mRNA鏈與RISC的解離允許更多的mRNA被沉默。這種解離過程很可能是由ATP水解驅動的外在因素促進的。[1]