【正文】 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 、 哺乳動物乃至人體內 ， 它們借助于 RNAi 抵御病毒的感染 ， 阻斷轉座子的轉座作用 ， 以維持其基因組的相對穩(wěn)定性 。 1F 真核生物 sRNA介導的 RNA干擾 a RNA干擾作用的發(fā)現(xiàn) RNA干擾 與先前所說的 轉錄后基因沉默 、 轉基因沉默 等術語都是一回事 ， 但常與基因表達的 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結合并阻斷其翻譯 。Andrew Fire 和 Craig Mello因他們關于線蟲 RNA干擾的研究（ 1998） 而分享 2022年的諾 貝爾生理學或醫(yī)學獎。 b RNA干擾的作用機理 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入 ， 均在細胞質中被 Dicer酶 裁剪成 2224bp的 短小雙鏈片段 ， 即 small interfering RNA（ siRNA） ，其 3’ 端含有兩個凸出的堿基 ， 負責siRNA的遷移和對靶序列的識別 。在 R I S C復合物的協(xié)助下 ， 雙鏈siRNA拆成單鏈 ， 然后再與具有互補序列的靶 mRNA分子結合 ， 形成局部雙鏈 。 后者或遭 RNase的降 解，或直接阻斷靶 mRNA的翻譯。 AGO 復合物 AGO 復合物 1F 真核生物 sRNA介導的 RNA干擾 c 細胞內固有的 miRNA 前已述及 ， siRNA是由 體外來源 的雙鏈 RNA經細胞內的 Dicer酶加工 的 sRNA被命名為： microRNA（ miRNA）。 進一步的探索發(fā)現(xiàn)： 在動物 、 植物 、 真菌的細胞核內 ， 從結構致密的 異染色質 中心粒區(qū)域的 DNA重復序列上會轉錄出一些特殊的 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個堿基的單鏈 sRNA分子 ， 并發(fā)揮特殊的生物學功能 。 這種細胞內編碼的固有 而成的。那么細胞內是否也存在著固有的 RNA類似物呢？ miRNA的形成 首先從異染色質中心粒區(qū)域的 DNA重復序列上轉錄出大分子的非編碼型 RNA前體 （ primiRNA） ， 后者在核內被 微加工器復合物 （ 由 RNaseIII組成 ） 先切成大約 70個核苷酸的莖環(huán)結構 （ premiRNA） ，然后再被運輸?shù)郊毎|中由 Dicer進一步裁剪 ， 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 異染色質裝配 外成性修飾 轉錄調控 轉錄物剪切調控 轉錄物穩(wěn)定調控 翻譯抑制 結構域構成 （ Lewin‘s GENES X 2022） miRNA介導的翻譯抑制模式 AAAAA AAAAA AAAAA AGO RISC： AGO + GW182 核糖體 抑制翻譯延伸 AAAAA AA AGO AA 降解翻譯產物 競爭帽子結構 Cap 抑制核糖體裝配 抑制 mRNA環(huán)化 AGO GW182 mRNA 觸發(fā)剪尾脫帽 DCP2 miRNA 1F 真核生物 sRNA介導的 RNA干擾 d RNA干擾原理的應用 如果將外源的雙鏈 RNA導入細胞中 ， 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的作用下自身擴增 ， 其擴增產物再被 Dicer裂解成 siRNA。 后者 解鏈并與 RISC復合物一起作用于靶 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的互補鏈 ， 結果 mRNA也變成了雙鏈 RNA。 它在 Dicer的作用下也同樣被裂解成siRNA。 通過這種體內的 RNA聚合酶鏈式反應 ， 細胞內的 siRNA大大增加 ， 顯著增加了對基因表達的抑制 。 相關研究結果表明 ， 從 2123個堿基的 siRNA到幾百堿基對的雙鏈 RNA都能誘發(fā) RNA干擾作用 ， 但長的雙鏈 RNA阻斷基因表達的效果明顯優(yōu)于短的雙 鏈 RNA。 需要指出的是 ， 人類和果蠅體內不存在 RdRP， 故無法進行上述 siRNA擴增 。 1F 真核生物 sRNA介導的 RNA干擾 d RNA干預原理的應用 上述 RNA干擾原理在分子生物學研究領域中的用途包括： 通過基因表達的特異性阻斷作用，確定基因的功能 通過基因表達的特異性阻斷作用，實施基因治療 然而，如何將特定的雙鏈 RNA分子高效導入活細胞、活組織、活生物個體中，并維持其穩(wěn)定性，目前還是一個技術難題。 1F 真核生物 sRNA介導的 RNA干擾 e 生物體內的 RNA世界 RNA 蛋白質編碼型 RNA 非蛋白質編碼型 RNA rRNA tRNA antisenseRNA sRNA mRNA 結構型 sRNA 調控型 sRNA siRNA （外源型） miRNA（內源型） piRNA （內源型） （內源型） catalytic RNA（指導 RNA的剪切、編輯、修飾） 1G 真核 生物應答元件的轉錄調控 a 真核 生物轉錄的應答調控模型 結構基因 應答元件 轉錄起始子 核心啟動子 轉錄啟動 信號分子 轉錄調控因子 轉錄因子復合物 / RNAPII 真核生物應答調控模型 金屬硫蛋白基因調控區(qū)的單基因多應答元件模型： 熱休克蛋白基因調控區(qū)的多基因單應答元件模型： 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 生物應答元件的轉錄調控 b 真核 生物應答元件的基本特征 DNA序列（順式元件） 含有較短的保守序列 位于啟動子或增強子的上游或在其內部 與轉錄起始位點距離不固定，一般在 200bp內 對相應的轉錄調控因子產生應答反應 真核生物細胞中常見的應答元件 熱休克應答元件 HSE CNNGAANNTCCNNG HSTF 腎上腺皮質激素應答元件 GRE TGGTACAAATGTTCT GR 佛波醇應答元件 TRE TGACTCA AP1 血清應答元件 SRE CCATATTAGG SRF 應答元件 元件簡稱 保守序列 作用因子 金屬應答元件 MRE TGCPuCNC MTF1 Wnt應答元件 WRE CCTTTGWW（ W=A/T） TCF 1G 真核 生物應答元件的轉錄調控 c 轉錄調控因子的作用機制 與 DNA應答元件結合 激活啟動子和 RNA聚合酶復合物 DNA 轉錄激活結構域 AD DNA結合結構域 BD RNA Pol 復合物 轉錄起始位點 TATA BOX 與基因轉錄物結合 促進轉錄速度加快 DNA 轉錄激活結構域 AD RNA結合結構域 BD 轉錄起始復合物 轉錄起始位點 RNA 正在轉錄的 RNA聚合酶 1G 真核 生物應答元件的轉錄調控 d 轉錄調控因子的激活方式 無蛋白 蛋白表達 異位同型蛋白 HB 脫磷酸化 磷酸化 熱休克轉錄調控因子 HSTF 磷酸化 脫磷酸化 轉錄調控因子 AP1 Jun/Fos 無配體 配體結合 甾體激素受體 GR 類別 無活條件 激活條件 轉錄調控因子 抑制劑 去抑制劑 NFkB 抑制劑 IkB 構象 A 構象 B MyoD/ID 更換亞基 1 2 3 4 5 6 1G 真核 生物應答元件的轉錄調控 e 轉錄調控因子與 miRNA的相互關系 轉錄 調控 因子 （ TFs） 和微 RNA（ miRNAs） 是多細胞生物基因調控 因子 中最大 且最重要 的兩個反式作用家族 ， 它們享 有共同的調控 邏輯 語言 。 成套表達的 TFs及 miRNAs分別構成 TF調控 密碼 （ TF code） 及 miRNA調控 密碼 （ miRNA code） ， 共同 精確 決定 了單個細 胞的類型 。 迄今為止 ， 共鑒定出 轉錄 調控 因子 大約 1500種 ， 微 RNA Megha Ghildiyal amp。 Phillip D. Zamore， Nat. Rev. Ge. 10， 94， 2022 大約 8500種。 Oliver Hobert et al. Science 319， 1785， 2022 轉錄調控因子 微 RNA 特 性 多效性 組合性 易感性 可控性 網(wǎng)絡性 P 結構基因 應答元件 轉錄起始子 核心啟動子 轉錄啟動 信號分子 轉錄調控因子 轉錄因子復合物 / RNAPII 核膜 質膜 ？ 細胞通訊