RNA调控基因表达有哪些途径?RT

RNA调控基因表达有哪些途径?RT
RNA调控基因表达有哪些途径?
RT

RNA调控基因表达有哪些途径?RT
1998年,Andrew Fire和Craig Mello提出了一项新技术：通过dsRNA诱导特异基因的沉默,即所谓RNAi.2000年,Amy Pasquinelli等将lin-4和let-7作小时序RNAs(stRNAs,mall temporal RNAs).
RNA干涉（RNAi）在实验室中是一种强大的实验工具,利用具有同源性的双链RNA（dsRNA）诱导序列特异的目标基因的沉寂,迅速阻断基因活性.SiRNA在RNA沉寂通道中起中心作用,是对特定信使RNA（mRNA）进行降解的指导要素.siRNA是RNAi途径中的中间产物,是RNAi发挥效应所必需的因子.SiRNA的形成主要由Dicer和Rde-1调控完成.由于RNA 病毒入侵、转座子转录、基因组中反向重复序列转录等原因,细胞中出现了dsRNA,Rde-1(RNAi缺陷基因-1)编码的蛋白质识别外源dsRNA,当dsRNA达到一定量的时候,Rde-1引导dsRNA与Rde-1编码的Dicer（Dicer是一种RNaseIII 活性核酸内切酶,具有四个结构域：Argonaute家族的PAZ结构域,III型RNA酶活性区域,dsRNA结合区域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性区）结合,形成酶-dsRNA复合体.在Dicer酶的作用下,细胞中的单链靶mRNA（与dsRNA具有同源序列）与dsRNA的正义链互换,原来dsRNA中的正义链被mRNA代替而从酶-dsRNA复合物中释放出来,然后,在ATP的参与下,细胞中存在的一种RNA诱导的沉默复合体RNA-induced silencing complex （RISC,由核酸内切酶、核酸外切酶、解旋酶等构成,作用是对靶mRNA进行识别和切割）利用结合在其上的核酸内切酶的活性来切割dsRNA上处于原来正义链位置的靶mRNA分子中与dsRNA反义链互补的区域,形成21-23nt的dsRNA小片段,这些小片段即为siRNA.RNAi干涉的关键步骤是组装RISC和合成介导特异性反应的siRNA蛋白.SiRNA并入RISC中,然后与靶标基因编码区或UTR区完全配对,降解靶标基因,因此说siRNA只降解与其序列互补配对的mRNA.其调控的机制是通过互补配对而沉默相应靶位基因的表达,所以是一种典型的负调控机制.siRNA识别靶序列是有高度特异性的,因为降解首先在相对于siRNA来说的中央位置发生,所以这些中央的碱基位点就显得极为重要,一旦发生错配就会严重抑制RNAi的效应,相对而言,3′末端的核苷酸序列并不要求与靶mRNA完全匹配.
MicroRNA（miRNA,微RNA）即为长度为22nt左右的5′端带磷酸基团、3′端带羟基的非蛋白编码的调控小RNA家族.miRNA广泛存在于真核生物中,不具有开放阅读框架,不编码蛋白质,一般长20-24nt,miRNA的转录产物是发夹状结构,在RNaseⅢ酶切后以双链形式存在,最后释放互补链,miRNA成熟.成熟的miRNA 5′端的磷酸基团和3′端羟基则是它与相同长度的功能RNA降解片段的区分标志.miRNA的又一特点——基因表达时序性.MiRNA表达的时序性和组织特异性提示人们miRNA的分布可能决定组织和细胞的功能特异性,也可能参与了复杂的基因调控,对组织的发育起重要作用.miRNA可能的形成及作用机制为：先由长的内源性转录本（pri-miRNA）生成70nt左右的miRNA前体（pre-miRNA）,然后在Dicer酶的作用下使其加工成为一个不稳定的dsRNA分子,接着迅速被降解剪切为22nt左右的单链RNA（这种单链RNA及以后的miRNA只是Dicer作用下pre-miRNA被剪切的一个臂,可能是3′端的一个臂,也可能是5′端的一个臂,不同RNA可能是同一pre-miRNA的不同臂）,之后被PPD(PAZ&Piwi domain)蛋白家族识别,形成RNA-蛋白质复合体即miRNA核蛋白体（miRNP）,进而形成成熟的miRNA.miRNA识别并与靶标基因3′UTR区部分配对,从而抑制靶标基因的翻译.miRNA基因是一类高度保守的基因家族,按其作用模式不同可分为三种：第一种以线虫lin-4为代表,作用时与靶标基因不完全互补结合,进而阻遏翻译而不影响mRNA的稳定性,这种miRNA是目前发现最多的种类.第二种以拟南芥miR-171为代表,作用时与靶标基因完全互补结合,作用方式和功能与siRNA非常类似,最后切割靶mRNA,这说明某些miRNA和siRNA一样参与了机体内一些特异性mRNA的剪切过程.第三种以let-7为代表,它具有以上两种作用模式.
miRNA对生长发育进行更为重要的调控作用.同时,科学家们也发现人类基因组中大约有255个编码miRNA基因,约占人类基因数的1%,但尚不清楚其功能.最近科学家发现小RNA 与‘epigenetic’现象有联系.所谓epigenetic 是指并不涉及遗传序列的特征性的遗传改变.有人已试图将小RNA 用于抗病毒治疗之用,认为它们有可能抑制HIV21 和灰质类病毒丙型肝炎病毒的转录,以及也可能用于肿瘤的治疗.
miRNA与siRNA之间有许多相同之处：1.二者的长度都约在22nt左右.2.二者都依赖Dicer酶的加工,是Dicer的产物,所以具有Dicer产物的特点.3.二者生成都需要Argonaute家族蛋白存在.4.二者都是RISC组分,所以其功能界限变得不清晰,如二者在介导沉默机制上有重叠.5.miRNA和siRNA合成都是由双链的RNA或RNA前体形成的.
miRNA与siRNA的不同点：1.根本区别是miRNA是内源的,是生物体的固有因素；而siRNA是人工体外合成的,通过转染进入人体内,是RNA干涉的中间产物.2.结构上,miRNA是单链RNA,而siRNA是双链RNA.3.Dicer酶对二者的加工过程不同,miRNA是不对称加工,miRNA仅是剪切pre-miRNA的一个侧臂,其他部分降解；而siRNA对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂.4.在作用位置上,miRNA主要作用于靶标基因3′-UTR区,而siRNA可作用于mRNA的任何部位.5.在作用方式上,miRNA可抑制靶标基因的翻译,也可以导致靶标基因降解,即在转录水平后和翻译水平起作用,而siRNA只能导致靶标基因的降解,即为转录水平后调控.6.miRNA主要在发育过程中起作用,调节内源基因表达,而siRNA不参与生物生长,是RNAi的产物,原始作用是抑制转座子活性和病毒感染.