转录水平上的基因沉默

马江王长兰朱家选胡维郭欢RNA干扰现象是如何被发现的？作用机制是什么？实际的应用？RNA干扰是如何发现的？1990年，当时美国和荷兰的两个转基因植物实验组在研究矮牵牛是，将产生紫色素的基因转入开紫花的矮牵牛中，他们本来的实验预想的是新形成的花朵紫色应该会加深，但是实验结果却是大多数花朵都变成了杂色甚至是白色。当时把这种现象称为“共抑制”。1994年，Cogoni等将外源类胡萝卜素基因导入链孢菌，结果是转化细胞中的内源性类胡萝卜基因收到了抑制，当时这种现象被称为“消除作用”。1995年，康奈尔大学的Guo等尝试用反义RNA阻断线虫Par21基因的表达，结果发现反义RNA和正义RNA都阻断了基因的表达，人们对这种现象百思不得其解。直到1998年2月，美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛才首次揭开这个悬疑之谜。他们将体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时发现，仅以抑制效应变的十分微弱；而经过纯化后的双链RNA注射线虫时，能够高效特异性阻断相应基因的表达。他们证实，Guo博士遇到的正义RNA抑制基因表达的现象，以及过去的反义RNA技术对基因表达的阻断，都是由于体外转录所得的RNA中污染了微量双链RNA而引起的。该小组将这一现象称为RNA干扰。而安德鲁·法尔和克雷格·梅洛正因为解释了RNA干扰机制从而获得了2006年地生物诺贝尔学奖。究竟什么是RNA干扰？RNA干扰（英文缩写RNAi）是指把人工制备的双链RNA注入细胞体内，从而引起该内源基因编码的mRNA降解，从而抑制了该内源基因的功能---即表现出来的基因沉默现象。作用机制沉默机制扩增机制基因沉默：从染色体水平上来说，基因沉默实际上是形成异染色质（折叠压缩程度高，一般无转录活性的染色质）的过程，从而导致生物体中特定基因不表达。基因沉默的两种水平：转录水平上的基因沉默----DNA甲基化，异染色质化等原因导致DNA不发生转录。转录后的基因沉默----DNA发生转录，但转录后的mRNA被特异性降解。双链RNADicer（核酸内切酶）双链siRNA和特异性的蛋白结合，siRNA解链活化的siRNA蛋白复合体，RISCmRNA靶序列识别由于dsRNA抑制基因表达具有潜在高效性，任何导致正常机体dsRNA形成的情况都会引起不需要的相应基因沉寂。所以正常机体内各种基因有效表达有一套严密防止dsRNA形成的机制。基因沉默的利与弊基因沉默是植物抗病毒的一个本能反应，对植物而言都是诱发突变的外来侵入的核酸，植物为保护自己，在长期的生物进化中，形成了基因沉默这种限制外源核酸入侵的防卫保护机制。为用抗病毒基因植物工程育种提供了具有较大潜在实用价值的策略——RNA介导的病毒抗性。法国研究人员发现，哺乳动物细胞能关闭入侵的病毒。当病毒感染细胞后，它把自己的基因插入细胞的基因组，这样在细胞复制时也产生许多的病毒拷贝。研究人员已经知道植物和昆虫用RNA干扰使病毒基因沉默，在这个过程中，小的RNA分子将自己插入到基因表达机器中使某个基因沉默。动物也将RNA干扰用在一个调节功能上：它们在发育过程中通过RNA干扰改变自己基因的表达。CharlesHenriLecellier和同事现在发现，人类细胞也用RNA干扰来阻碍一个侵袭哺乳类的病毒的积累基因沉默是转基因生物实用化和商品化的巨大障碍；转基因植物和转基因动物中往往会遇到这样的情况，外源基因存在于生物体内，并未丢失或损伤，但该基因不表达或表达量极低。成为基因治疗的快速而有效的方法，为治疗基因疾病提供了一个新途径只要找到病变基因，就可以利用该技术调控致病基因的表达，或将突变的基因修改回正常状态，由此治疗遗传性疾病。由于使用RNAi技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。用于基因结构功能研究对基因沉默进行深入研究，可帮助人们进一步揭示生物体基因遗传表达调控的本质，在基因克服基因沉默现象，从而使外源基因能更好的按照人们的需要进行有效表达；利用基因沉默在基因治疗中有效抑制有害基因的表达，达到治疗疾病的目的，所以研究基因沉默具有极其重要的理论和实践意义