RNA干扰技术及其应用

RNA干扰技术（RNAi ）及其应用RNA干扰技术及其应用问题的提出RNA干扰技术是近年来生命科学领域最为重大的发现之一。试题中也出现 了 RNA干扰技术的知识，内容涉及基因的表达，本身知识点就有一定的 难度，适当进行知识拓展有助于理解相关知识。问题：什么是RNA干扰技术？有哪些应用？研究过程怎么样？01试题：近几年来RNA干扰(简称RNAi)研究取得了突破性进展。RNA 干扰的机制是：双链RNA进入细胞内被一个称为Dicer的特定的酶切 割成2123个核苷酸长的小分子RNA的片段(简称SiRNA)。Dicer 能特异性识别双链RNA,切割产生的SiRNA片断解开变成单链，和某 些蛋白质形成复合物(简称RISC)。RISC能结合到细胞内与SiRNA 互补的mRNA上，并切割该mRNA,使其被降解，造成蛋白质无法合 成，产生基因“沉默”现象(如下图所示)。请分析回答：檢齡问切#汽禺期蛭R呻輻奋R脱爸的一聽僅迪过建也脇杞超瞥 刑HR破翻斷煤神花曲柱I骷切卑爲较咄的片段 于哄乳罠舍体上 你述慕罔曲肚施上安右履不龍售属RNAi机理(1) RNAi引起相关基因“沉默”的现象，实质上是遗传信息传递中 的过程受阻，该过程发生在细胞的中。(2 ) RISC 使基因“沉默”的条件是 SiRNA 上 有的碱基序列。(3) 某科学家将能引起RNA干扰的双链RNA的两条单链分别注入细胞内，结果却没有引起 RNA干扰现象，最可能的原因 是。(4) 研究发现，Dicer受DNA上某基因控制，如该基因上某碱基发生 了改变，是否RNA干扰现象就消除了？你的结论依据是什么？(5) 请举一例说明RNA干扰在实际中的运用或意义。答案：(1 )翻译细胞质(核糖体)(2) 与mRNA互补配对(3) Dicer酶只能识别(切割)双链RNA，不能识别(切割)单链RNA（4）不一定 因为突变可能是隐性的，或同义突变（指令的氨基 酸不变），或突变不是发生在外显子部位（5）可以使致癌基因表达的mRNA被破坏，达到治疗肿瘤的目的解析：根据题图，图示表示RNA干扰现象示意图，Dicer酶能特异识 别双链RNA，切割产生的干涉RNA与一系列酶结合组成诱导沉默复合 体（RISC）； RlSC通过碱基配对结合到与干涉RNA同源的mRNA 上, 并切割该mRNA，造成蛋白质无法合成。（1）RlSC通过碱基配对结合到与干涉RNA同源的mRNA 上,并切割该 mRNA，而mRNA是翻译的模板，因此RNA干扰的实质是使遗传信息传 递中的翻译过程受阻。（2）只有复合体（RISC）上的RNA有与同源的mRNA互补配对的碱基 序列时，其才能和同源的mRNA结合。（3）由于Dicer酶只能识别双链RNA，不能识别单链RNA，因此将能 引起RNA干扰的双链RNA的两条单链分别注入细胞，不会出现RNA干 扰现象。（4）基因中碱基对的缺失、增添或替换叫做基因突变，基因突变不一 定会引起生物性状的改变，原因有：体细胞中某基因发生改变，生殖 细胞中不一定出现该基因；DNA 上某个碱基对发生改变，它不一定位 于基因的外显子部位（此内容教学不作要求）；若为父方细胞质内的 DNA 上某个碱基对发生改变，则受精后一般不会传给子代；若该亲代 DNA上某个碱基对发生改变产生的是一个隐性基因，并将该隐性基因传 给子代，而子代为杂合子，则隐性性状不会表现出来；根据密码子的 简并性（一种氨基酸可以有多种密码子），有可能翻译出相同的氨基 酸；性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条 件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来。（5）RNA干扰可以使致癌基因表达的mRNA被破坏，达到治疗肿瘤的 目的（本题属于开放题，只要答案合理即可）。021. RNA干扰的涵义和发现RNA干扰是指小分子双链RNA可以特异性地降解或抑制同源mRNA表 达，从而抑制或关闭特定基因表达的现象(如图)。机理示意图dsENAsiBIiA虑琏RNJO概小干预期2与蛋白质站佥人们只要知道了某种疾病的致病基因，就可以设计出针对该基因mRNA 的小分子干扰RNA (siRNA),抑制或封闭该致病基因的表达，从而达 到治疗疾病的目的。显然，在理论上，通过siRNA几乎可以治疗所有的疾病，包括肿瘤、 传染病、遗传性疾病等等，因而RNAi受到学术界普遍的关注，是目前 最为热门的生命科学研究领域，也是未来最有发展前途的新药开发领 域。一般地，科学家从成果发表到获得诺贝尔医学奖需要等待20多年以上 的时间，但安德鲁法厄从发现RNA干扰现象到获得诺贝尔医学奖只用 了 8年的时间，2006年获得诺贝尔奖，是迄今为止获得诺贝尔医学奖 最快的科学家，这充分证明了国际科学界对RNA干扰成果的认可。2. RNA干扰技术（RNAi）的应用（1）基因功能研究由于RNAi具有很好的特异性和有效的干扰活力，可以使特定基因沉 默，使其功能丧失或降低表达，因此可以作为功能基因组学的一种强有 力的研究工具。已有研究表明siRNA能够在哺乳动物中抑制特定基因的表达，而且抑 制基因表达的时间可以控制在发育的任何阶段，产生类似的基因敲除的 效应。与传统的基因敲除技术相比，这一技术具有投入少，周期短，操作简单 等优势。因而，近年来，越来越多的实验室开始使用siRNA研究基因 的功能。（2）病毒性疾病的治疗研究表明，人们通过合成一段针对特定病毒基因的siRNA，并将之导 入该病毒感染的细胞，能够有效地抑制该病毒的复制，阻断病毒对细胞 的感染。并且，可贵的是，siRNA在病毒感染的早期就能发挥抑制作用。因 而，siRNA可用来治疗病毒性疾病。（3）遗传性疾病的治疗如前所述，siRNA可以特异性地抑制某个基因的表达，因而是治疗缺 陷表达或过量表达性遗传病的最好手段。（4）肿瘤病的治疗 肿瘤是多个基因相互作用的基因网络调控的结果，传统技术诱发的单一 癌基因的阻断不可能完全抑制或逆转肿瘤的生长，而RNAi可以利用同 一基因家族的多个基因具有一段同源性很高的保守序列这一特性，设计 针对这一区段序列的siRNA分子，只注射一种siRNA即可产生多个基 因同时剔除的效果，也可以同时注射多种siRNA而将多个序列不相关 的基因同时剔除。显然，与传统的基因治疗方法相比，siRNA是更为理想和有效的治疗 手段。（5）在整形外科中的应用siRNA还可用于整形，如瘢痕疙瘩是一种较为难治的疾病，目前尚无 有确切有效的治疗方法。使用特异性siRNA可以有效抑制瘢痕疙瘩的 形成。另外，使用特异的siRNA还可以抑制黑色素的分泌，达到皮肤 美白的效果。032006年10月2日，瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔奖评审委员会宣 布，2006年度诺贝尔生理学或医学奖共同授予安德鲁菲尔和克雷 格梅洛，以表彰他们发现了 “RNA干扰机制一双链RNA沉默基 因”。1.研究历史科学家们最早在植物和脉抱菌中发现了双链RNA （dsRNA）诱导的 RNA沉默现象（如图）。机理示意图RISC （KNA谨导 沉默复合体）识别陀序列mEM被降解1995年，在线虫中进行反义RNA阻断par-1基因（蛋白酶激活受体基 因基因）表达实验时，还用正义RNA做了一个对照试验，结果却观察 到反义和正义RNA都阻断了该基因的表达，都具有很高的基因沉默活 性。1998年，安德鲁法尔和克雷格梅洛通过实验阐明了这一反常现 象：将反义RNA和正义RNA同时注射到秀丽隐杆线虫比单独注射反义 RNA诱导基因沉默的效率高10倍。由此推断，dsRNA触发了高效的基因沉默机制并极大降低了靶mRNA水 平，这一现象就是RNAi。随后，RNAi现象被广泛地发现于真菌、拟南 芥、水媳、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中。这种存在揭示了 RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。随着研究 的不断深入，RNAi的机制被逐步阐明，同时作为功能基因组研究领 域中的有力工具，RNAi也越来越为人们所重视。2.线虫简介线虫是第一种完成全基因组测序的多细胞生物，早在1998年，人们就 完成了线虫全基因组的测定和拼接。线虫线虫的基因组共有大约9. 7X107个碱基，包含近2 00 00个蛋白编码基 因，近年来还发现许多转录形成small RNA的基因，这类预计有 16000 个。线虫的基因组和基因的数量都远比人（大约3X109 bp和35000个蛋 白编码基因）的要少，染色体也一共只有六条，便于进行遗传分析和基 因的图位克隆（定位克隆）。