RNA干扰(RNAi)是一项较新的技术,它革新了科研人员研究哺乳动物基因表达的途径。RNAi技术在哺乳动物细胞和动物模型中实现了基因功能的缺失分析,并显著提升了该操作的方便性、速度和特异性。它已经逐渐成为研究者进行功能缺失研究的一个主要选择。

基因过表达技术经常被用于分析基因功能及其在疾病中的作用。不过,由过表达所引起的表型可能未反映出基因的真实功能。研究者也经常使用显性失活变异体;不过这些变异体并不适用于每一个蛋白,而且也可能获得难于解释的实验结果。人们也研发出敲除小鼠用于理解蛋白功能。此方法费力而且昂贵,并且可能导致胚胎致死表型。研究者也可使用反义RNA和核酶,不过这些技术都无法适用于所有的靶点,而且RNAi技术的效力比其他这些方法都要强大。

人类基因组包含了数以千计可作为药物靶点的基因。RNAi技术能够被高效地用于靶点验证操作,进而对相关的疾病基因进行鉴定和功能评估。RNAi技术还被应用于先导化合物或信号通路响应的相关研究中,作为评估基因表达标记的工具。总而言之,通过研发如Stealth™ RNAi一类的稳定修饰分子或慢病毒传递技术等体内的高效研究应用,RNAi技术将成为动物模型强大研究工具。

RNA干扰(RNAi)简史


图1.RNAi的演化

RNA干扰(RNAi)是分子生物学领域最为重要的一项技术突破,它让我们能够在哺乳动物系统中直接观察特定基因的功能缺失效应。

在1990年代早期,一些科学家分别独立在植物和真菌中观察到RNA能够抑制蛋白表达的现象(图1)。这一现象虽然得到鉴定,但尚未被理解,当时被称为转录后“基因沉默”和“抑制”(quelling)。在1998年,Fire和Mello在秀丽隐杆线虫中发现双链RNA(dsRNA)是蛋白表达序列特异性抑制现象的来源,他们将其称为“RNA干扰”(RNA interference)。由于向哺乳动物细胞递送用于RNAi的长双链RNA会受到非特异性的抑制,因此这时RNAi作为一种研究工具仅限于低等动物,这一阶段线虫的相关研究也得到很大促进。由于发现了RNA干扰现象,Fire和Mello赢得了2006年的诺贝尔生理或医学奖。

在植物和无脊椎动物中的进一步研究证实了导致RNAi效应的实际分子是长度为21核苷酸的短双链RNA寡聚物,其内源的加工酶被称为“Dicer”。“Dicer”降解产物简称为“短干扰RNA”,如今以“siRNA”的名字广为人知。随后在2001年,siRNA被证实能够直接在哺乳动物细胞中介导siRNA作用,而不会引发非特异性效应。

今天,我们对RNAi途径中的组件有了更全面的理解,包括这些组件行使其功能的效率,细胞mRNA序列识别和降解的特异性,以及设计和生成极其有效的RNAi试剂的多种关键需求。我们对于全新化学法的分析将进一步提升此项技术的效能,并帮助将其用于体内分析,如有可能,我们还会将RNAi技术应用于潜在的治疗用途。

更多关于RNAi的信息

RNAi的应用
RNAi技术能够针对基因组内数以千计可能贡献疾病表型的潜在基因,开展鉴定和功能分析。此外,RNAi技术还提供了阻断特定基因表达,以及评估化合物反应或信号通路改变的高效手段。


RNA干扰(RNAi)工作原理
RNAi技术利用了细胞自身天然的分子机器,通过短干扰RNA分子的促进作用,来高效地敲低所关注基因的表达水平。现有多种途径来诱导产生RNAi,包括合成分子、RNAi载体和体外切割(图2)。在哺乳动物细胞中,双链RNA的短小片段——短干扰RNA(short interference RNA,siRNA)引发了胞内靶标mRNA的特异性降解作用。

在这一过程中,siRNA双链中的反义链成为多蛋白复合物——或称RNA诱导的沉默复合物(RISC)——的一部分,该复合物会识别对应的mRNA并在特定位点将其切割降解。之后,此信使RNA降解产物即会成为降解作用的靶分子,最终(被消除而)导致蛋白表达的缺失。


图2.
哺乳动物中的RNAi敲低方法