第7章 基因表达的调控3_RNA对基因表达的调控课件.ppt

初步的研究证明，在体外培养的哺乳动物细胞中，RNA干扰技术可用于抗病毒的基因治疗。研究表明，在转基因小鼠的肝脏中由重组腺病毒表达的HBV特异性的siRNA能使小鼠体内的HBV基因表达降低到几乎接近于检测不到的水平，而且干扰效果持续超过26天，这暗示，RNA干扰技术可能成为治疗慢性HBV患者或HBV携带者的一种有效手段 RNA干扰不仅是研究基因功能的一种强大工具，而且在不久的未来，这种技术也许能用于直接从源头上沉默致病基因，从而可治疗癌症和病毒感染等疾病。最近国外报道，用RNA干扰技术成功地沉默了小鼠体内的导致高胆固醇血症的基因。RNA干扰的治疗技术正在进入人体试验阶段， RNA干扰的治疗还有一些难题有待解决：①如何在生物体内实现有效的组织特异性的siRNA转染；②如何降低这种疗法对目的基因以外的其他基因的影响，从而避免产生副作用；③如何实现RNA干扰效应在细胞与细胞、组织与组织间的系统性扩散等。 2 miRNA与基因沉默 在许多动物、植物等真核生物细胞中，存在着由微小RNA (miRNA)诱导的对靶mRNA剪切或翻译抑制的现象，这与RNA干扰的分子机制极为相似。 所不同的是，miRNA是一类长度为19-25核苷酸的单链RNA (ssRNA) ，是由细胞内DNA转录后经Drosha酶和Dicer酶加工而成的，可诱发目的基因的沉默，因此miRNA是与siRNA不同的另一类基因表达调节因子。 绝大多数的miRNA基因位于基因组的基因间区(intergenic regions)，或位于已知基因的内含子区域。miRNA基因可以由自己的启动子启动转录，转录需要RNA聚合酶Ⅱ。 miRNA的产生 第一步：由miRNA基因转录产生的初始转录物pri-miRNA首先被剪切形成前体miRNA，这个反应在细胞核中进行。 miRNA的产生要通过2步反应: pri-miRNA为单链RNA通常长达几十kb，含有一个或多个发夹结构。发夹结构经核内的Drosha酶剪切产生长度60-80核苷酸的pre-miRNA。 第二步，pre-miRNA被输出到细胞质，再由Dicer酶对它进一步加工，最终产生成熟的miRNA。 在核输出的过程中，pre-miRNA必须从核膜内由核小孔复合物形成的蛋白通道中通过，其间核运输受体exportin-5介导了pre-miRNA的核输出过程。 微小RNA可诱发基因沉默 微小RNA (miRNA)诱发基因沉默反应的过程与mRNA诱发的RNA干扰基本相似。 miRNA对目的基因表达的调控方式主要有两种，即mRNA剪切和mRNA的翻译抑制。 miRNA参与细胞正常发育过程中的基因表达调控 与siRNA不同的是，miRNA是由正常基因组序列编码转录而来的，他们在细胞内的数量众多，参与细胞的发育分化过程，是基因转录后水平和翻译水平上重要的调节因子。 最早发现的miRNA就是在线虫体内发现的，线虫体内已经发现有几十种miRNA，它们在线虫发育的不同时间和组织中表达，具有时间和空间特异性，积极参与线虫的发育过程。 由于这种RNA长度很短且寿命也短，所以一开始被称为small temporal RNA或stRNA。 目前在各种动植物中已经发现几百种miRNA，广泛参与细胞和组织器官的分化发育过程。 现已发现人类细胞中有几百种不同的miRNA，它们形成一个十分复杂的调控网络，在发育时间调控、造血细胞分化、细胞繁殖、细胞凋亡、组织发育等过程中扮演重要的角色。 果蝇中也发现miRNA调控一套特殊的基因，使其在细胞发育过程中适时表达。 (1)成熟的miRNA存在着与靶RNA的3‘端非翻译区不完全互补配对的位点,二者识别结合,使翻译无法进行,从而抑制基因表达。主要是影响mRNA翻译过程而不对靶基因进行降解。 (2)有些miRNA与其靶mRNA完全互补,当与mRNA完全配对结合后,类似于siRNA和靶mRNA结合后的情况,分裂切割靶mRNA。 (3)有的miRNA同时具有上述两种功能。 miRNA可能的作用机制 miRNA获得2002年世界十大科技突破的第1名，获得广泛关注。 3 siRNA与miRNA比较 虽然siRNA与miRNA在外形上大小类似，使用相同的酶进行加工成熟，都可以抑制调节基因的表达。但是它们还是有很多区别的。 √siRNA是由长的双链RNA切割形成的双链RNA， siRNA与其前体在细胞内的丰度相同； siRNA与miRNA不同之处 √ miRNA是由带凸环或环状结构的双链RNA前体加工形成的单链，在细胞内丰度比与其互补的序列高的多。 √关键的不同在于，siRNA是对外界病毒、转座元件以及重复序列等的应答反应；而miRNA由细胞自身基因编码，参与细胞内正常的基因表达调控，miRNA基因会同靶点一起协同进化。 √siRNA与复合物RIS