【正文】 的Andrew Fire用 確鑿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 ， 在正義 RNA阻斷基因表達(dá)的實(shí)驗(yàn)中 ， 真正起作用的是小分子的雙鏈 RNA， 它們是體外轉(zhuǎn)錄正義 RNA時(shí)生成的 。 上述雙鏈 RNA對(duì)基因表達(dá)的阻斷作用稱為 RNA干擾 （ RNAi） 。隨后大量的研究發(fā)現(xiàn) ， RNAi 現(xiàn)象廣泛存在于線蟲 、 果蠅 、 斑馬魚 、 真菌 、 植物等生物體內(nèi) ， 它們借助于 RNAi 抵御病毒的感染 ， 阻斷轉(zhuǎn)座子 的轉(zhuǎn)座作用 ， 以維持其基因組的相對(duì)穩(wěn)定性 。 1F 真核生物 sRNA介導(dǎo)的 RNA干擾 a RNA干擾作用的發(fā)現(xiàn) RNA干擾 與先前所說的 轉(zhuǎn)錄后基因沉默 、 轉(zhuǎn)基因沉默 等術(shù)語都是一回事 ， 但常與基因表達(dá)的 反義抑制 相混淆 。 反義抑制過程并不涉及 mRNA的催化降解 ， 只是單鏈反義 RNA物理上與 mRNA結(jié)合并阻斷其翻譯 。Andrew Fire 和 Craig Mello因他們關(guān)于線蟲 RNA干擾的研究（ 1998） 而分享 2022年的諾 貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 b RNA干擾的作用機(jī)理 外源性的 雙鏈 RNA， 不管來自病毒 RNA基因組的感染還是人工的導(dǎo)入 ， 均在細(xì)胞質(zhì)中被 Dicer酶 裁剪成 2025bp的 短小雙鏈片段 ， 即 small interfering RNA（ siRNA） ，其 3’ 端含有兩個(gè)凸出的堿基 ， 負(fù)責(zé)siRNA的遷移和對(duì)靶序列的識(shí)別 。在 R I S C復(fù)合物的協(xié)助下 ， 雙鏈siRNA拆成單鏈 ， 然后再與具有互補(bǔ)序列的靶 mRNA分子結(jié)合 ， 形成局部雙鏈 。 后者或遭 RNase的降 解，或直接阻斷靶 mRNA的翻譯。 1F 真核生物 sRNA介導(dǎo)的 RNA干擾 c 細(xì)胞內(nèi)固有的 miRNA 前已述及 ， siRNA是由 體外來源 的雙鏈 RNA經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的 Dicer酶加工 的 sRNA被命名為： microRNA（ miRNA）。 進(jìn)一步的探索發(fā)現(xiàn)： 在動(dòng)物 、 植物 、 真菌的細(xì)胞核內(nèi) ， 從結(jié)構(gòu)致密的 異染色質(zhì) 中心粒區(qū)域的 DNA重復(fù)序列上會(huì)轉(zhuǎn)錄出一些特殊的 RNA前體大分子 ， 它們同樣在類似蛋白因子的作用下 ， 形成長度為 2123個(gè)堿基的單鏈 sRNA分子 ， 并發(fā)揮特殊的生物學(xué)功能 。 這種細(xì)胞內(nèi)編碼的固有 而成的。那么細(xì)胞內(nèi)是否也存在著固有的 RNA類似物呢？ miRNA的形成 首先從異染色質(zhì)中心粒區(qū)域的 DNA重復(fù)序列上轉(zhuǎn)錄出大分子的非編碼型 RNA前體 （ primiRNA） ， 后者在核內(nèi)被 微加工器復(fù)合物 （ 由 RNaseIII組成 ） 先切成大約 70個(gè)核苷酸的莖環(huán)結(jié)構(gòu) （ premiRNA） ，然后再被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中由 Dicer進(jìn)一步裁剪 ， 形成成熟的 miRNA分子 ， 最后再由幾種因子裝配而成 。 Science 319, 1787, 2022 miRNA的生物功能 異染色質(zhì)裝配 外成性修飾 轉(zhuǎn)錄調(diào)控 轉(zhuǎn)錄物剪切調(diào)控 轉(zhuǎn)錄物穩(wěn)定調(diào)控 翻譯調(diào)控 結(jié)構(gòu)域構(gòu)成 1F 真核生物 sRNA介導(dǎo)的 RNA干擾 d RNA干擾原理的應(yīng)用 如果將外源的雙鏈 RNA導(dǎo)入細(xì)胞中 ， 則雙鏈 RNA分子一方面在 Dicer的作用下裂解成 siRNA； 另一方面在以 RNA為模板的 RNA聚合酶 RdRP的作用下自身擴(kuò)增 ， 其擴(kuò)增產(chǎn)物再被 Dicer裂解成 siRNA。 后者 解鏈并與 RISC復(fù)合物一起作用于靶 mRNA上 ， 一方面使其降解 ， 另一方面又以 siRNA作為引物 ， mRNA為模板 ， 在 RdRP催化下合成出mRNA的互補(bǔ)鏈 ， 結(jié)果 mRNA也變成了雙鏈 RNA。 它在 Dicer的作用下也同樣被裂解成siRNA。 通過這種體內(nèi)的 RNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) ， 細(xì)胞內(nèi)的 siRNA大大增加 ， 顯著增加了對(duì)基因表達(dá)的抑制 。 相關(guān)研究結(jié)果表明 ， 從 2123個(gè)堿基的 siRNA到幾百堿基對(duì)的雙鏈 RNA都能誘發(fā) RNA干擾作用 ， 但長的雙鏈 RNA阻斷基因表達(dá)的效果明顯優(yōu)于短的雙 鏈 RNA。 1F 真核生物 sRNA介導(dǎo)的 RNA干擾 d RNA干預(yù)原理的應(yīng)用 上述 RNA干擾原理在分子生物學(xué)研究領(lǐng)域中的用途包括： 通過基因表達(dá)的特異性阻斷作用，確定基因的功能 通過基因表達(dá)的特異性阻斷作用，實(shí)施基因治療 然而，如何將特定的雙鏈 RNA分子高效導(dǎo)入活細(xì)胞、活組織、活生物個(gè)體中，并維持其穩(wěn)定性，目前還是一個(gè)技術(shù)難題。 1F 真核生物 sRNA介導(dǎo)的 RNA干擾 e 生物體內(nèi)的 RNA世界 RNA 蛋白質(zhì)編碼型 RNA 非蛋白質(zhì)編碼型 RNA rRNA tRNA antisenseRNA sRNA mRNA 結(jié)構(gòu)型 sRNA 調(diào)控型 sRNA siRNA （外源型） miRNA（內(nèi)源型） piRNA 1G 真核 生物應(yīng)答元件的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 a 真核 生物轉(zhuǎn)錄的應(yīng)答調(diào)控模型 結(jié)構(gòu)基因 應(yīng)答元件 轉(zhuǎn)錄起始子 啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄啟動(dòng) 信號(hào)分子 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物 / RNAPII 真核生物應(yīng)答調(diào)控模型 金屬硫蛋白基因調(diào)控區(qū)的單基因多應(yīng)答元件模型： 熱休克蛋白基因調(diào)控區(qū)的多基因單應(yīng)答元件模型： E HSE P GENE A E HSE P GENE B 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 GRE BLE MRE MRE BLE TRE BLE MRE GC MRE TATA SR AP2 AP2 AP1 SP1 MTF1 RNA Pol 1G 真核 生物應(yīng)答元件的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 b 真核 生物應(yīng)答元件的基本特征 DNA序列（順式元件） 含有較短的保守序列 位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子的上游或在其內(nèi)部 與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)距離不固定，一般在 200bp內(nèi) 對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng) 真核生物細(xì)胞中常見的應(yīng)答元件 熱休克應(yīng)答元件 HSE CNNGAANNTCCNNG HSTF 腎上腺皮質(zhì)激素應(yīng)答元件 GRE TGGTACAAATGTTCT GR 佛波醇應(yīng)答元件 TRE TGACTCA AP1 血清應(yīng)答元件 SRE CCATATTAGG SRF 應(yīng)答元件 元件簡稱 保守序列 作用因子 金屬應(yīng)答元件 MRE TGCPuCNC MTF1 1G 真核 生物應(yīng)答元件的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 c 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用機(jī)制 與 DNA應(yīng)答元件結(jié)合 激活啟動(dòng)子和 RNA聚合酶復(fù)合物 DNA 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 AD DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域 BD RNA Pol 復(fù)合物 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn) TATA BOX 與基因轉(zhuǎn)錄物結(jié)合 促進(jìn)轉(zhuǎn)錄速度加快 DNA 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 AD RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域 BD 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn) RNA 正在轉(zhuǎn)錄的 RNA聚合酶 1G 真核 生物應(yīng)答元件的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 d 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的激活方式 無蛋白 蛋白表達(dá) 異位同型蛋白 HB 脫磷酸化 磷酸化 熱休克轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 HSTF 磷酸化 脫磷酸化 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 AP1 Jun/Fos 無配體 配體結(jié)合 甾體激素受體 GR 類別 無活條件 激活條件 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 抑制劑 去抑制劑 NFkB 抑制劑 IkB 構(gòu)象 A 構(gòu)象 B MyoD/ID 更換亞基 1 2 3 4 5 6 1G 真核 生物應(yīng)答元件的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 e 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與 miRNA的相互關(guān)系 轉(zhuǎn)錄 調(diào)控 因子 （ TFs） 和微 RNA（ miRNAs） 是多細(xì)胞生物基因調(diào)控 因子 中最大 且最重要 的兩個(gè)反式作用家族 ， 它們享 有共同的調(diào)控 邏輯 語言 。 成套表達(dá)的 TFs及 miRNAs分別構(gòu)成 TF調(diào)控 密碼 （ TF code） 及 miRNA調(diào)控 密碼 （ miRNA code） ， 共同 精確 決定 了單個(gè)細(xì) 胞的類型 。 迄今為止 ， 共鑒定出 轉(zhuǎn)錄 調(diào)控 因子 大約 1500種 ， 微 RNA 多于 400種（ Oliver Hobert et al. Science 319， 1785， 2022）。 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 微 RNA 特 性 多效性 組合性 易感性 可控性 網(wǎng)絡(luò)性 P