rnai

就是二奶村的意思“二奶村”一词，顾名思义：“二奶”聚集的村。“二奶”一词中存在着弱势、贬低等成分。而其给现实家庭、社会风气、道德伦理带来的负面影响与冲击，更是无法测度。如同癌变原则一样，一些“二奶”，将同乡女孩“传帮带”成新“二奶”，且集中住在某些知名的城中村中，于是就形成了所谓的“二奶村”。据调查，中国深圳的渔×村、皇×村、水×村、下×村等，都一度被称为“二奶村”。

　　1 RNAi的机制　　RNAi的机制可能是细胞内双链RNA在Dicer酶的作用下，可形成-22 bp大小的小干扰RNA(small interfering RNAs，siRNAs)，siRNAs可进一步掺入多部分核酸酶(multicomponent nuclease，RISC)并使其激活，从而精确降解与siRNAs序列相同的mRNA，完全抑制了该基因在细胞内的翻译和表达.　　RNA酶Ⅲ是一种能切割双链RNA的酶，参与RNAi反应的Dicer酶是RNA酶Ⅲ家族的一个成员. Dicer酶广泛存在于蠕虫、真菌、物及哺乳动物体内. 他的结构中包括一个螺旋酶结构域，两个RNA酶Ⅲ结构域，一个双链RNA结合位点. 在Dicer酶的作用下，双链RNA被裂解成21-23个核苷酸的siRNA，他启动了细胞内的RNAi反应. 因少量双链RNA即能阻断基因表达，且此效应可传至子代细胞，研究者们推测细胞内存在RNAi效应的扩增系统. 研究者们发现，在真核细胞中也存在能以RNA为模板指导RNA合成的聚合酶(RNA-directed RNA polymerase，RdRP). 在RdRP 的作用下，进入细胞内的双链RNA通过类似于PCR的反应过程，呈指数级的数量扩增. 双链RNA进入细胞后，一方面在Dicer酶的作用下被裂解成小片段siRNA，另一方面在RdRP的作用下自身扩增后，再被Dicer酶裂解成siRNA. 小片段siRNA生成后与核酸酶形成复合物，随后mRNA与小片段的正义链置换，被mRNA替代. mRNA的位置与最初正义链的位置相同，从而被核酸酶在相同的位点降解. 更有意义的是mRNA的降解使核酸酶得以再生，这样周而复始，mRNA得以降解，因此RNAi呈酶解动态.　　由于mRNA也以21-23 nt的特定间隔降解，因此认为降解dsRNA与mRNA的核酸酶相同. 另一方面以SiRNA作为引物，以mRNA为模板，在RdRP作用下合成出mRNA的互补链. 结果mRNA也变成了双链RNA，他在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA. 这些新生成的siRNA也具有诱发RNAi的作用，通过这个聚合酶链式反应，细胞内的siRNA大大增加，显著增加了对基因表达的抑制. RNAi不同于其他基因阻断技术，他是转录后水平的基因静默机制，因此注射该基因的内含子或者启动子顺序的dsRNA都没有干涉效应. RNAi具有较高的特异性，能够非常特异地降解与之序列相应的单个内源基因的mRNA，且抑制基因表达效率很高，相对少量的dsRNA就可以使表型达到缺失突变体程度，但dsRNA需要一个最小的长度才能产生有效的干扰效果. dsRNA小片段如小于21-23 nt (如10-15 nt)，特异性将显著降低，不能保证不与细胞内非靶向基因相互作用，如远远大于21-23 nt，互补序列可能延伸，超出抑制范围. RNAi基因表达的效应可以突破细胞界限，在不同细胞甚至生物体间长距离传递和维持，并可传递给子一代　　2 双链RNA的构建　　双链RNA可先在体外构建好，用脂质体转染细胞. 但有些细胞脂质体转化效果差，转化到细胞内的双链RNA半衰期短. 而先在体外构建能表达双链RNA的载体，再将载体转到细胞内合成出双链RNA，不但能增加有效转染细胞的种类，而且在长期稳定表达载体的细胞株中，双链RNA能够长期发挥阻断基因的作用. 构建双链RNA表达载体，使用RNA多聚酶Ⅲ指导RNA的合成. 因为RNA多聚酶Ⅲ有明确的启始和终止序列，当RNA多聚酶Ⅲ遇到连续5个胸腺嘧啶时，他指导的转录就会终止，且转录产物在第二个尿嘧啶处被切下来，因此合成的RNA无polyA尾. U6启动子能被RNA多聚酶Ⅲ识别，合成出RNA. Sui et al 用Bluescript作为载体，RNA多聚酶Ⅲ可识别的U6作为启动子，从绿色荧光蛋白(GFP)的基因上选择了一个21个核苷酸的片断(片断1)，将其插入到Bluescript载体中. 然后合成出片断1的反向重复序列，并在其后加了5个胸腺嘧啶，称为片断2. 他们将片断2接到Bluescript载体中片断1的后面，将载体转移到细胞中后，转录出的RNA由于具有回文序列，会形成一个发卡样结构，从而得到了双链RNA. 片断后面加了5个胸腺嘧啶，RNA转录到这个位置时就会终止. 而且转录出的RNA形成发卡样结构后，会在3"端形成2个突出的尿嘧啶，这类似于天然的siRNA，因而有利于双链RNA诱发RNAi. RNA多聚酶Ⅲ亦识别H1-RNA 启动子. 在H1-RNA 启动子后面接上能形成发卡样结构的反向互补序列，将此载体转入细胞后也能在细胞内合成dsRNA. T7也可作为启动子合成dsRNA. 将PCR产物用NotI酶切后自身连结，回收正向片断和反向片断连结形成的具有反转重复序列的片断，接到pGEMTeasy载体上，就构建成了可以表达dsRNA的载体. 用此载体可先在体外合成dsRNA，或将其转入到细胞内合成dsRNA. 在后一种情况下，还须将能表达T7RNA多聚酶的载体也一起转入到细胞中，以提供能识别T7启动子的RNA多聚酶. 腺病毒是体内转基因的常用载体. Xia et al 用腺病毒做载体，在体内和体外表达dsRNA，并成功的阻断了基因的表达.　　RNA interference (RNAi) is a mechanism in molecular biology where the presence of certain fragments of double-stranded RNA (dsRNA) interferes with the expression of a particular gene which shares a homologous sequence with the dsRNA. RNAi is distinct from other gene silencing phenomena in that silencing can spread from cell to cell and generate heritable phenotypes in first generation progeny when used in Caenorhabditis elegans.　　Before RNAi was well characterized, it was called by other names, including post transcriptional gene silencing and transgene silencing. Only after these phenomena were characterized at the molecular level was it obvious that they were the same phenomenon.　　The use of RNA to reduce expression in plants has been a common procedure for many years. Single-stranded antisense RNA was introduced into plant cells that hybridized to the cognate, single-stranded, sense messenger RNA. While scientists first believed that the resulting dsRNA helix could not be translated into a protein, it is now clear that the dsRNA triggered the RNAi response. The use of dsRNA became more widespread after the discovery of the RNAi machinery, first in petunias and later in roundworms (C. elegans).　　RNAi原理图解　　http://lddljf.stedu.net/Article_Show.asp?ArticleID=1974　　RNAi知识介绍powerpoint　　1 http://www.biox.cn/content/20050519/13420.htm　　2 http://www.biox.cn/content/20050519/13422.htm　　3 http://www.biox.cn/content/20050519/13423.htm　　4 http://www.biox.cn/content/20050519/13425.htm　　5 http://www.biox.cn/content/20050519/13426.htm　　6 http://www.biox.cn/content/20050519/13429.htm　　7 http://www.biox.cn/content/20050519/13431.htm　　8 http://www.biox.cn/content/20050519/13433.htm　　9 http://www.biox.cn/content/20050519/13434.htm参考资料：任玥欣, 宋于刚, 陈学清. RNAi研究进展. 世界华人消化杂志 2004;12(3):748-750 http://www.wjgnet.com/1009-3079/12/748.asp

1 RNAi的机制 RNAi的机制可能是细胞内双链RNA在Dicer酶的作用下，可形成-22 bp大小的小干扰RNA(small interfering RNAs，siRNAs)，siRNAs可进一步掺入多部分核酸酶(multicomponent nuclease，RISC)并使其激活，从而精确降解与siRNAs序列相同的mRNA，完全抑制了该基因在细胞内的翻译和表达. RNA酶Ⅲ是一种能切割双链RNA的酶，参与RNAi反应的Dicer酶是RNA酶Ⅲ家族的一个成员. Dicer酶广泛存在于蠕虫、真菌、物及哺乳动物体内. 他的结构中包括一个螺旋酶结构域，两个RNA酶Ⅲ结构域，一个双链RNA结合位点. 在Dicer酶的作用下，双链RNA被裂解成21-23个核苷酸的siRNA，他启动了细胞内的RNAi反应. 因少量双链RNA即能阻断基因表达，且此效应可传至子代细胞，研究者们推测细胞内存在RNAi效应的扩增系统. 研究者们发现，在真核细胞中也存在能以RNA为模板指导RNA合成的聚合酶(RNA-directed RNA polymerase，RdRP). 在RdRP 的作用下，进入细胞内的双链RNA通过类似于PCR的反应过程，呈指数级的数量扩增. 双链RNA进入细胞后，一方面在Dicer酶的作用下被裂解成小片段siRNA，另一方面在RdRP的作用下自身扩增后，再被Dicer酶裂解成siRNA. 小片段siRNA生成后与核酸酶形成复合物，随后mRNA与小片段的正义链置换，被mRNA替代. mRNA的位置与最初正义链的位置相同，从而被核酸酶在相同的位点降解. 更有意义的是mRNA的降解使核酸酶得以再生，这样周而复始，mRNA得以降解，因此RNAi呈酶解动态. 由于mRNA也以21-23 nt的特定间隔降解，因此认为降解dsRNA与mRNA的核酸酶相同. 另一方面以SiRNA作为引物，以mRNA为模板，在RdRP作用下合成出mRNA的互补链. 结果mRNA也变成了双链RNA，他在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA. 这些新生成的siRNA也具有诱发RNAi的作用，通过这个聚合酶链式反应，细胞内的siRNA大大增加，显著增加了对基因表达的抑制. RNAi不同于其他基因阻断技术，他是转录后水平的基因静默机制，因此注射该基因的内含子或者启动子顺序的dsRNA都没有干涉效应. RNAi具有较高的特异性，能够非常特异地降解与之序列相应的单个内源基因的mRNA，且抑制基因表达效率很高，相对少量的dsRNA就可以使表型达到缺失突变体程度，但dsRNA需要一个最小的长度才能产生有效的干扰效果. dsRNA小片段如小于21-23 nt (如10-15 nt)，特异性将显著降低，不能保证不与细胞内非靶向基因相互作用，如远远大于21-23 nt，互补序列可能延伸，超出抑制范围. RNAi基因表达的效应可以突破细胞界限，在不同细胞甚至生物体间长距离传递和维持，并可传递给子一代2 双链RNA的构建 双链RNA可先在体外构建好，用脂质体转染细胞. 但有些细胞脂质体转化效果差，转化到细胞内的双链RNA半衰期短. 而先在体外构建能表达双链RNA的载体，再将载体转到细胞内合成出双链RNA，不但能增加有效转染细胞的种类，而且在长期稳定表达载体的细胞株中，双链RNA能够长期发挥阻断基因的作用. 构建双链RNA表达载体，使用RNA多聚酶Ⅲ指导RNA的合成. 因为RNA多聚酶Ⅲ有明确的启始和终止序列，当RNA多聚酶Ⅲ遇到连续5个胸腺嘧啶时，他指导的转录就会终止，且转录产物在第二个尿嘧啶处被切下来，因此合成的RNA无polyA尾. U6启动子能被RNA多聚酶Ⅲ识别，合成出RNA. Sui et al 用Bluescript作为载体，RNA多聚酶Ⅲ可识别的U6作为启动子，从绿色荧光蛋白(GFP)的基因上选择了一个21个核苷酸的片断(片断1)，将其插入到Bluescript载体中. 然后合成出片断1的反向重复序列，并在其后加了5个胸腺嘧啶，称为片断2. 他们将片断2接到Bluescript载体中片断1的后面，将载体转移到细胞中后，转录出的RNA由于具有回文序列，会形成一个发卡样结构，从而得到了双链RNA. 片断后面加了5个胸腺嘧啶，RNA转录到这个位置时就会终止. 而且转录出的RNA形成发卡样结构后，会在3"端形成2个突出的尿嘧啶，这类似于天然的siRNA，因而有利于双链RNA诱发RNAi. RNA多聚酶Ⅲ亦识别H1-RNA 启动子. 在H1-RNA 启动子后面接上能形成发卡样结构的反向互补序列，将此载体转入细胞后也能在细胞内合成dsRNA. T7也可作为启动子合成dsRNA. 将PCR产物用NotI酶切后自身连结，回收正向片断和反向片断连结形成的具有反转重复序列的片断，接到pGEMTeasy载体上，就构建成了可以表达dsRNA的载体. 用此载体可先在体外合成dsRNA，或将其转入到细胞内合成dsRNA. 在后一种情况下，还须将能表达T7RNA多聚酶的载体也一起转入到细胞中，以提供能识别T7启动子的RNA多聚酶. 腺病毒是体内转基因的常用载体. Xia et al 用腺病毒做载体，在体内和体外表达dsRNA，并成功的阻断了基因的表达.RNA interference (RNAi) is a mechanism in molecular biology where the presence of certain fragments of double-stranded RNA (dsRNA) interferes with the expression of a particular gene which shares a homologous sequence with the dsRNA. RNAi is distinct from other gene silencing phenomena in that silencing can spread from cell to cell and generate heritable phenotypes in first generation progeny when used in Caenorhabditis elegans.Before RNAi was well characterized, it was called by other names, including post transcriptional gene silencing and transgene silencing. Only after these phenomena were characterized at the molecular level was it obvious that they were the same phenomenon.The use of RNA to reduce expression in plants has been a common procedure for many years. Single-stranded antisense RNA was introduced into plant cells that hybridized to the cognate, single-stranded, sense messenger RNA. While scientists first believed that the resulting dsRNA helix could not be translated into a protein, it is now clear that the dsRNA triggered the RNAi response. The use of dsRNA became more widespread after the discovery of the RNAi machinery, first in petunias and later in roundworms (C. elegans).RNAi原理图解http://lddljf.stedu.net/Article_Show.asp?ArticleID=1974RNAi知识介绍powerpoint1 http://www.biox.cn/content/20050519/13420.htm2 http://www.biox.cn/content/20050519/13422.htm3 http://www.biox.cn/content/20050519/13423.htm4 http://www.biox.cn/content/20050519/13425.htm5 http://www.biox.cn/content/20050519/13426.htm6 http://www.biox.cn/content/20050519/13429.htm7 http://www.biox.cn/content/20050519/13431.htm8 http://www.biox.cn/content/20050519/13433.htm9 http://www.biox.cn/content/20050519/13434.htm

其简单过程是，双链RNA分子被一类成为Dicer的酶剪切成小RNA分子（~35nt），然后与若干蛋白结合形成复合体，经过活化，能特异性结合目标mRNA使其降解。 表观遗传学又称为后遗传学，是近来很热门的研究领域。与经典的遗传学研究不同，研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因功能的改变。简单来说，就是研究从DNA到蛋白过程中可逆的、可遗传的变化。最典型的就是DNA的修饰和组蛋白的修饰，因为这些不同修饰会导致基因的沉默或表达的变化。 RNAi可以看成是一种表观遗传学的一部分。RNAi是对mRNA水平上的调控，没有DNA序列的变化，存在很多内源性的RNAi，很多还在研究中。

当导入与目的基因编码区序列相同的双链RNA时，Dicer酶会将此双链RNA切割成21-23bp的短片段（称为siRNA），siRNA与多种蛋白质结合形成RNA诱导沉默复合体（RISC），此时其中的siRNA解旋形成单链RNA。RISC被活化后，活化型RISC受已成单链的siRNA引导，序列特异性地结合在胞内存在的目的mRNA上并将其切断成小片段，引发目的mRNA的特异性分解。这些断裂的小片段能够形成新的siRNA，进而形成RISC，这样就形成了一个级联放大反应，将细胞中的目的mRNA完全裂解。

miRNA，siRNA，shRNA的区别在于：miRNA的主要功能是下调基因的表达；siRNA其主要在RNAi通路中起作用，干扰特异基因的表达；shRNA常被用于RNA干扰沉默靶基因的表达。RNAishRNAsiRNA的区别如下：1、来源不同：miRNA是生物体的固有因素，是内源性的，而siRNA是人工体外合成后通过转染进入体内的，是RNAi的中间产物；2、结构不同：miRNA为单链RNA，而siRNA是双链RNA；3、Dicer酶对两者的加工过程不同，miRNA是由不对称加工形成的，仅是剪切前体miRNA的一个侧臂，其它部分降解，而siRNA对称地来源于双链RNA前体的两个侧臂；4、作用部位不同：miRNA主要作用于靶基因mRNA的3"UTR区域，而siRNA可作用于靶基因mRNA的任何部位；5、作用方式不同，miRNA既可抑制靶基因mRNA的翻译，也可以导致靶基因mRNA降解，即在转录后水平和翻译水平起作用，而siRNA只能导致靶基因mRNA的降解，为转录后水平调控；6、miRNA主要参与内源基因的调节和细胞发育过程，而siRNA的原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。扩展资料：1、miRNA：在遗传学中，微RNA是长度在21－23个核苷酸之间的单链RNA片段，调节基因的表达。miRNA由基因编码，从DNA转录而来，但不翻译成蛋白。2、shRNA：小发卡或短发卡RNA是一段具有紧密发卡环的RNA序列，常被用于RNA干扰沉默靶基因的表达。利用载体把shRNA导入细胞，载体中的U6启动子确保shRNA总是表达；这种装载了shRNA载体可被传递到子代细胞中去，从而使基因的沉默可被遗传。3、siRNA：小或短干扰RNA是一类20－25个核苷酸长度的双链RNA分子，其主要在RNAi通路中起作用，干扰特异基因的表达。此外siRNA在RNAi相关的通路中也起作用，如抗病毒机制，基因组染色体结构的塑造等。

RNA干扰的分子抑制机制的三种方式及原理转录抑制 与RNAi有关的dsRNA及蛋白质可参与染色质的修饰作用，使其中的组蛋白和DNA发生甲基化作用，使相应基因不能被转录，从而导致受阻基因不能表达。这种在转录水平上阻断基因功能，使基因沉默的RNAi方式被称为转录基因沉默(Transcriptional gene silencing,TGS)。这种现象先在植物中得到证实,但是在哺乳动物中是否存在仍有争议。2004年Svoboda等研究表明，在小鼠卵母细胞中，通过RNAi引起靶基因表达沉默的长dsRNA不能引起相应DNA区域从头合成DNA的甲基化。Morris等也于同年得出实验结论，针对内源基因启动子的siRNA能够引起其区域内CG岛以及组蛋白H3K9的甲基化，从而在转录水平抑制基因的表达。转录后抑制不同来源的dsRNA通过各种转基因技术转入植物、线虫或哺乳动物细胞内，、被切割产生siRNA片断，再由合成的RISC切割靶mRNA从而阻断基因表达。这种基因能正常转录成mRNA，但mRNA因被降解使基因功能被阻断，这种RNAi方式叫做转录后沉默(Post transcriptional gene silencing,PTGS)。siRNA对靶mRNA降解具有序列特异性，只能引起同源mRNA降解，如果siRNA与mRNA有一个bp不配对，RNAi作用就极大降低，如果两者有4个bp不配对，就不能产生RNAi。翻译抑制 Grishok等在研究RNAi时，发现在细胞中在细胞中存在内源性小片段单链RNA(ssRNA)，其长度也在21～25 nt之间，这种ssRNA可与mRNA的3′非翻译区(3′UTR)特异性地结合，从而抑制mRNA的翻译和相应的功能蛋白质合成。这种小片段的ssRNA叫做stRNA(small temporal RNA)。ssRNA的形成是因为当RNA的大小为70～80 nt时，容易形成双链的茎环状结构，其双链茎的长度正好在21～25 nt之间，这样的双链结构易被Dicer酶识别并切割成stRNA，由stRNA抑制翻译。这种方式的RNAi也作用于转录后形成的mRNA，它在调节生物细胞内基因的表达、自身的发育方面起着重要的作用。

写作素材翻译整理收集 May 20, 2002 转录后基因沉默（PTGS）最初被认为是一种仅限于矮牵牛和其他几种植物的奇异现象，现在已成为分子生物学中最热门的话题之一。 近几年已经清楚的是，PTGS在植物和动物中都存在，并且在病毒防御和转座子沉默机制中起作用。 然而，也许最令人兴奋的是PTGS的新兴应用，尤其是RNA干扰（RNAi）——通过引入双链RNA（dsRNA）引发的PTGS-作为敲除多种特定基因表达的工具生物。 RNAi是如何发现的？它是如何工作的？也许更重要的是，如何将其用于功能基因组学实验？本文将简要回答这些问题，并为您提供有关PTGS和RNAi研究的深入信息。 发现一个奇怪的现象：植物共抑制和PTGS 十多年前，在矮牵牛中进行了令人惊讶的观察。在尝试加深这些花的紫色时，Rich Jorgensen及其同事在强大的启动子控制下引入了色素生成基因。与其预期的深紫色不同，许多花朵似乎杂色甚至是白色。乔根森称观察到的现象为“共抑制/cosuppression”，因为导入基因和同源内源基因的表达均被抑制。 最初被认为是矮牵牛的怪癖，后来发现共抑制在许多植物物种中都发生。还已经在真菌中观察到了它，并且在克雷索氏菌中被特别好地表征，在那儿它被称为“抑制/quelling”。 但是什么原因导致这种基因沉默呢？尽管在某些植物中转基因诱导的沉默似乎涉及基因特异性甲基化（转录基因沉默或TGS），但在另一些植物中，沉默发生在转录后水平（转录后基因沉默或PTGS）。在后一种情况下的核运行实验表明，产生了同源转录本，但是它在细胞质中迅速降解并且没有积累。 转基因的引入可以触发PTGS，但是也可以通过引入某些病毒来诱导沉默。触发后，PTGS由可扩散的反式作用分子介导。这首先在Neurospora中得到证实，当时Cogoni及其同事证明了基因沉默可以在异核生物株的核之间转移。后来在Palauqui及其同事通过将沉默的，含转基因的来源植物嫁接到未沉默的宿主中而在宿主植物中诱导PTGS时在植物中得到证实。从线虫和苍蝇的工作中，我们现在知道负责植物中PTGS的反式作用因子是dsRNA。 dsRNA基因沉默：RNA干扰 RNAi在线虫中被发现 dsRNA可能导致基因沉默的第一个证据来自线虫秀丽隐杆线虫的工作。七年前，研究人员Guo和Kemphues试图使用反义RNA来关闭par-1基因的表达，以评估其功能。正如预期的那样，反义RNA的注入破坏了par-1的表达，但令人困惑的是，正义链控制的注入也确实如此。 直到三年后，这个结果还是一个谜。然后，Fire和Mello首先将dsRNA（正义链和反义链的混合物）注入到秀丽隐杆线虫中。与仅注射有义或反义链相比，这种注射导致沉默效率更高。实际上，每个细胞仅注射几个分子的dsRNA就足以完全沉默同源基因的表达。此外，将dsRNA注入蠕虫的肠道不仅导致整个蠕虫的基因沉默，而且还导致其第一代后代的基因沉默。 RNAi的效力激发了Fire和Timmons尝试喂养线虫细菌，这种细菌经过改造后可以表达与秀丽隐杆线虫unc-22基因同源的dsRNA。令人惊讶的是，这些蠕虫形成了unc-22 null-like表型。进一步的研究表明，将蠕虫浸入dsRNA中也能够诱导沉默。这些策略使大量线虫暴露于dsRNA，从而使大规模筛选能够选择RNAi缺陷的秀丽隐杆线虫突变体，并导致对该生物体内的大量基因敲除研究。 果蝇中的RNAi 在果蝇中也观察到了RNAi。尽管将酵母工程化以产生dsRNA然后喂给果蝇的策略无法奏效，但用dsRNA显微注射果蝇胚胎确实会产生沉默（2）。也可以通过用“基因枪”将dsRNA“射击”到果蝇胚胎中，或通过工程蝇携带带有待沉默基因的反向重复序列的DNA来诱导沉默。在过去的几年中，这些RNAi策略已被用作果蝇生物，胚胎裂解液和细胞中的逆向遗传学工具，以表征各种功能丧失的表型。 RNAi的生化机制 那么注射dsRNA如何导致基因沉默呢？在过去的几年中，许多研究小组都在努力地回答这一重要问题。鲍尔科姆和汉密尔顿的一项重要发现提供了第一个线索。他们鉴定出在非沉默植物中共抑制的植物中约25个核苷酸的RNA。这些RNA与被沉默基因的有义和反义链都是互补的。 在果蝇中的进一步工作-使用胚胎裂解液和源自S2细胞的体外系统-为受试者提供了更多的信息。在一系列值得注意的实验中，Zamore及其同事发现，添加到果蝇胚胎裂解物中的dsRNA被加工成21-23个核苷酸。他们还发现，同源内源性mRNA仅在与导入的dsRNA相对应的区域被切割，并且切割以21-23个核苷酸的间隔发生。迅速地，RNAi的机制变得清晰起来。 RNAi机制的当前模型 生化和遗传方法（请参阅下面的“ PTGS和RNAi涉及的基因和酶”中有关用于理解RNAi的遗传方法的讨论）都形成了RNAi机制的当前模型。在这些模型中，RNAi包括启动步骤和效应器步骤（另请参见参考文献3的Flash动画“ RNAi如何工作？”）。 在起始步骤中，将输入的dsRNA消化成21-23个核苷酸的小干扰RNA（siRNA），也称为“引导RNA”。有证据表明，dscer酶是dsRNA特异性核糖核酸酶RNase III家族的一员，Dicer酶以ATP依赖性，加工方式连续切割dsRNA（直接或通过转基因或病毒引入）。连续的切割事件将RNA降解为19-21 bp的双链体（siRNA），每个双链体都带有2个核苷酸的3"突出端。 在效应子步骤中，siRNA双链体与核酸酶复合物结合形成所谓的RNA诱导的沉默复合物或RISC。激活RISC时，需要依赖ATP的siRNA双链体展开。然后，活性RISC通过碱基配对相互作用靶向同源转录本，并从siRNA的3"末端切割u301c12个核苷酸的mRNA。尽管目前尚不清楚切割的机理，但研究表明，每个RISC都包含单个siRNA和一个与Dicer不同的RNase。 由于RNAi在某些生物体中的显着效力，因此还提出了RNAi途径内的扩增步骤。扩增可通过复制输入的dsRNA（可产生更多的siRNA）或通过siRNA自身的复制来进行（请参见下面的“ RNA依赖性RNA聚合酶的可能作用”）。替代地或另外，可以通过RISC的多个周转事件来实现扩增。 PTGS和RNAi涉及的基因和酶 RNA依赖的RNA聚合酶的可能作用 Neurospora，秀丽隐杆线虫和拟南芥的遗传筛选已鉴定出一些基因，这些基因似乎对PTGS和RNAi至关重要。其中一些，包括Neurospora qde-1，拟南芥SDE-1 / SGS-2和秀丽隐杆线虫ego-1，似乎编码RNA依赖性RNA聚合酶（RdRPs）。乍一看，可以假设这证明RNAi需要RdRP活性。如果RdRP在切割前直接扩增dsRNA或直接扩增siRNA，RdRP的存在当然可以解释dsRNA诱导的沉默的显着效率。但是这些基因的突变体具有不同的表型，这使得RdRP在RNAi中的作用难以辨别。 在秀丽隐杆线虫ego-1突变体（“ ego”代表“ glp-1增强剂”）中，RNAi在体细胞中正常运行，但在主要表达ego-1的种系细胞中有缺陷。在拟南芥SDE-1 / SGS-2突变体中（“ SGS”代表基因沉默的抑制物），当通过内源复制的RNA病毒引入dsRNA时，会产生siRNA，而通过转基因引入时则不会产生siRNA。已经提出在这些突变体中病毒RdRP可能替代了拟南芥酶。尽管在果蝇或人类中均未发现RdRP的同源物，但最近在果蝇胚胎裂解液中报道了RdRP的活性。一种称为“随机降解PCR”模型的扩增模型表明，RdRP使用siRNA的导链作为目标mRNA的引物，从而为Dicer生成了dsRNA底物，从而产生了更多的siRNA。在蠕虫中发现了支持该模型的证据，而从果蝇胚胎裂解物中获得了反驳该模型的实验结果。 RNAi引发剂 两种秀丽隐杆线虫基因rde-1和rde-4（“ rde”代表“ RNAi缺陷”）被认为与RNAi的起始步骤有关。这些基因的突变体产生的动物通过注射dsRNA可以抵抗沉默，但是沉默可以通过从没有沉默缺陷的杂合子亲本中传递siRNA来实现。秀丽隐杆线虫的rde-1基因是一个大家族基因的成员，与Neurospora qde-2（“ qde”代表“抑制缺乏”）和拟南芥AGO1基因（“ AGO”代表“ argonaute”）同源。 ”；以前已确定AGO1与拟南芥的发育有关。尽管这些基因在PTGS中的功能尚不清楚，但已将RDE-1家族的哺乳动物成员鉴定为翻译起始因子。有趣的是，对共抑制有缺陷的AGO1拟南芥突变体在叶片发育中也表现出缺陷。因此，PTGS中涉及的某些过程或酶也可能参与发育。 RNAi效应子 PTGS的效应子步骤的重要基因包括秀丽隐杆线虫rde-2和mut-7基因。这些基因最初是从不能将RNAi传递给其纯合后代的杂合突变蠕虫中鉴定出来的。带有突变的rde-2或mut-7基因的蠕虫表现出有缺陷的RNAi，但是有趣的是，它们还证明了转座子活性水平的提高。因此，转座子的沉默似乎是通过与RNAi和PTGS相关的机制发生的。尽管尚未鉴定出rde-2基因产物，但mut-7基因编码的蛋白与RNase D的核酸酶结构域具有同源性，并且与人的Werner综合征（一种快速衰老疾病）有关（。也许这种蛋白质是目标RNA降解所需的核酸酶活性的候选者。 PTGS具有悠久的历史 遗传和生物化学方法的发现都表明PTGS具有深厚的进化根源。有人提出，PTGS可能是抵御转座子或RNA病毒的防御机制，也许是在动植物分化之前发展的。 有趣的是，许多研究人员指出，RNAi所需基因的破坏通常会导致严重的发育缺陷。该观察结果提示RNAi与至少一个发育途径之间存在联系。 一组称为小时序RNA（stRNA）的小RNA分子通过翻译靶标转录物来调控秀丽隐杆线虫的发育时间。研究表明，将秀丽隐杆线虫lin-4和let-7 stRNA从这些较长的转录本折叠成茎环结构后，由70个核苷酸的转录本生成。折叠的RNA分子被切酶切割（产生秀丽隐杆线虫中的DCR-1），以产生22 nt stRNA。因此，Dicer既生成siRNA，也生成stRNA，并代表RNAi和stRNA途径的交点。 最近，在果蝇，秀丽隐杆线虫和HeLa细胞中发现了近100个另外的u301c22 nt RNA分子，称为microRNA（miRNA）。这些miRNA与lin-4和let-7非常相似，它们是由折叠成茎环二级结构的前体RNA分子形成的。据信，新发现的约22 nt的miRNA在调节基因表达中起作用，并且已知其中至少有两个需要Dicer来生产。似乎在整个进化过程中，将小RNA用于基因调控和RNAi是一个共同的主题。 在哺乳动物细胞中诱导RNAi-从机理到应用 长dsRNA导致的非特异性基因沉默 尽管已经在多种生物（植物，原生动物，昆虫和线虫）中观察到了RNAi的天然存在，但哺乳动物细胞中存在RNAi的证据需要花费更长的时间才能建立。将长dsRNA分子（> 30 nt）转染到大多数哺乳动物细胞中会导致基因表达的非特异性抑制，这与其他生物体中看到的基因特异性抑制相反。这种抑制作用归因于抗病毒反应，它通过两种途径之一发生。 在一种途径中，长dsRNA激活蛋白激酶PKR。活化的PKR进而磷酸化并使翻译起始因子eIF2a失活，从而导致翻译受阻。在另一种途径中，长dsRNA激活RNase L，导致非特异性RNA降解。 许多研究小组表明，小鼠胚胎干（ES）细胞和至少一种胚胎来源的细胞系不存在dsRNA诱导的抗病毒反应。因此，可以使用长dsRNA沉默这些特定哺乳动物细胞中的特定基因。但是，抗病毒反应无法在大多数其他哺乳动物细胞类型中使用长dsRNA诱导RNAi。 siRNA绕过抗病毒反应 有趣的是，长度小于30 nt的dsRNA不会激活PKR激酶途径。这一观察结果以及对长dsRNA会在蠕虫和果蝇中裂解形成siRNA以及siRNA能够在果蝇胚胎裂解液中诱导RNAi的认识促使研究人员测试引入siRNA是否会在哺乳动物细胞中诱导基因特异性沉默。实际上，发现通过瞬时转染引入的siRNA以序列特异性方式有效地诱导了哺乳动物培养细胞中的RNAi。 siRNA的有效性各不相同-最有效的siRNA可使靶RNA和蛋白质水平降低> 90％。事实证明，最有效的siRNA是21 nt dsRNA，带有2 nt 3"突出端。 siRNA的序列特异性非常严格，因为siRNA及其靶mRNA之间的单碱基对错配会显着降低沉默。不幸的是，并非所有具有这些特征的siRNA都是有效的。其原因尚不清楚，但可能是位置效应的结果。有关设计siRNA的最新建议，请参见“ siRNA设计”。 RNAi作为功能基因组学的工具 尽管RNAi和PTGS的历史和机理令人着迷，但许多研究人员对RNAi作为功能基因组学工具的潜在用途感到最为兴奋。 RNAi已经被用于确定果蝇，秀丽隐杆线虫和几种植物中许多基因的功能。知道可以通过转染siRNA在哺乳动物细胞中诱导RNAi，因此许多研究人员开始将RNAi用作人类，小鼠和其他哺乳动物细胞培养系统的工具。 在哺乳动物细胞的早期实验中，siRNA是化学合成的（Ambion是提供定制siRNA合成的多家公司之一）。最近，Ambion推出了一种通过体外转录生产siRNA的试剂盒（Silenceru2122siRNA构建试剂盒），这是化学合成的廉价替代品，特别是在需要合成多种不同siRNA的情况下。制备完成后，可通过瞬时转染将siRNA引入细胞。由于功效的差异，大多数研究人员会将3–4个siRNA合成为靶基因，并进行先导实验以确定最有效的一种。用这种方法已经观察到超过90％的瞬态沉默。 到目前为止，将dsRNA注射并转染到细胞和生物中已经成为传递siRNA的主要方法。尽管沉默效果持续了几天，而且似乎确实转移到了子细胞上，但最终确实减弱了。但是，最近，许多研究小组已经开发出表达载体，以在瞬时和稳定转染的哺乳动物细胞中连续表达siRNA。这些载体中的某些已被工程化以表达小发夹RNA（shRNA），该小发夹RNA在体内被加工成能够进行基因特异性沉默的siRNA样分子。载体包含在聚合酶III（pol III）启动子和4-5胸腺嘧啶核苷转录终止位点之间的shRNA序列。转录物终止于终止位点的第2位（pol III转录物自然缺少poly（A）尾巴），然后折叠成具有3"UU突出端的茎环结构。 shRNA的末端在体内进行加工，将shRNA转化为约21 nt siRNA样分子，从而启动RNAi。后一个发现与秀丽隐杆线虫，果蝇，植物和锥虫中的最新实验有关，其中折叠成茎环结构的RNA分子诱导了RNAi（在3中进行了综述）。 由另一个研究小组开发的另一种siRNA表达载体在独立的pol III启动子的控制下编码有义和反义siRNA链。该载体的siRNA链与其他载体的shRNA一样，具有5个胸苷终止信号。两种类型的表达载体的沉默功效均与瞬时转染siRNA所诱导的沉默功效相当。 最近有关RNAi的研究席卷了整个研究领域。快速，轻松地创建功能丧失表型的能力使研究人员急于尽可能多地了解RNAi和有效siRNA的特征。将来，RNAi甚至有望有望开发出基因特异性疗法。人们已经学到了很多有关这种强大技术的知识，但是几乎每天都可以获得其他信息（请参阅RNA干扰资源以了解最新的RNAi研究和工具）。可以肯定地说，RNAi正在改变功能基因组学领域。 专业术语 共抑制-由于引入转基因或被病毒感染而导致的内源基因沉默。这个术语可以指转录后（PTGS）或转录（TGS）级别的沉默，已被植物研究人员广泛采用。 转录后基因沉默（PTGS）-通过引入同源dsRNA，转基因或病毒引起的内源基因沉默。在PTGS中，沉默基因的转录物是合成的，但不会积累，因为它会迅速降解。这是一个比RNAi更通用的术语，因为它可以通过几种不同的方式触发。 抑制-引入转基因诱导的神经孢菌中的PTGS。 RISC-RNA诱导的沉默复合物。核酸酶复合物，由蛋白质和siRNA组成（见下文），靶向并破坏与复合物中siRNA互补的内源性mRNA。 RNA干扰（RNAi）-直接引入dsRNA诱导的转录后基因沉默（PTGS）。研究人员首先对秀丽隐杆线虫使用“ RNA干扰”一词。 siRNA-小干扰RNA。 PTGS的当前模型表明，这些21-23个核苷酸的dsRNA介导PTGS。 siRNA的引入可以在哺乳动物细胞中诱导PTGS。 siRNA显然是通过直接或通过转基因或病毒导入的dsRNA裂解体内产生的。 RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）的扩增可能发生在某些生物中。将siRNA掺入RNA诱导的沉默复合物（RISC）中，将复合物引导至同源内源性mRNA，其中复合物切割转录物。

RNAi (RNA interference) 即RNA干涉，是近年来发现的在生物体内普遍存在的一种古老的生物学现象,是由双链RNA（dsRNA）介导的、由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。RNAi 广泛存在于从真菌到高等植物、从无脊椎动物到哺乳动物各种生物中。同时作为一项新兴生物技术，RNAi有着广泛的应用前景。本文主要论述了RNAi的发现、RNAi 的机理、RNAi的作用特点以及RNAi 的应用前景。1.RNAi的定义目前对RNAi (RNA interference)的定义有很多种，不同的资料对其定义的侧重点也不尽相同，如果将RNAi看作一种生物学现象，可以有以下定义：① RNAi是由dsRNA介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。② RNAi是有dsRNA参与指导的，以外源和内源mRNA为降解目标的转基因沉默现象。具有核苷酸序列特异性的自我防御机制，是一种当外源基因导入或病毒入侵后，细胞中与转基因或入侵病毒RNA同源的基因发生共同基因沉默的现象。如果将其作为一门生物技术，则定义为：① RNAi 是指通过反义RNA与正链RNA 形成双链RNA 特异性地抑制靶基因的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA(有义RNA 和反义RNA) ,从而诱导内源靶基因的mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。② RNAi是指体外人工合成的或体内的双链RNA（dsRNA）在细胞内特异性的将与之同源的 mRNA降解成21nt～23nt 的小片段，使相应的基因沉默。③ RNAi是将与靶基因的mRNA 同源互补的双链RNA(dsRNA ) 导入细胞,能特异性地降解该mRNA ,从而产生相应的功能表型缺失, 属于转录后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。各种不同定义虽然说法不同，但所描述事实是大体相同的，简单地可以说，RNAi就是指由RNA介导的基因沉默现象。