
核糖核酸
1990年,曾有科學(xué)家給矮牽牛花插入一種催生紅色素的基因,希望能夠讓花朵更鮮艷。但意想不到的事發(fā)生了:矮牽牛花完全褪色,花瓣變成了白色!科學(xué)界對此感到極度困惑。上世紀八十年代,托馬斯.R.切赫博士在研究RNA的成熟體結構中,發(fā)現了可以自我拼接的RNA催化作用(核糖核苷酸酶),并依此榮獲1989年諾貝爾化學(xué)獎。經(jīng)過(guò)多年的深度研究,切赫博士在DNA基因遺傳過(guò)程中,發(fā)現了有趣的mRNA(信使RNA)和tRNA(轉運RNA),從而揭開(kāi)了遺傳基因導致出生缺陷、大腦發(fā)育、營(yíng)養吸收、細胞變異以及健康長(cháng)壽等一系列人類(lèi)生命密碼的神秘面紗。 mRNA(信使RNA)人類(lèi)的遺傳信息主要貯存于DNA的堿基序列中,不過(guò)DNA并不直接決定蛋白質(zhì)的合成。而在真核細胞中,DNA主要貯存于細胞核中的染色體上,而蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所存在于細胞質(zhì)中的核糖體上,因此需要有一種中介物質(zhì),才能把DNA上控制蛋白質(zhì)合成的遺傳信息傳遞給核糖體。切赫博士把這種起著(zhù)傳遞遺傳信息作用的特殊RNA。稱(chēng)為信使RNA(messenger RNA,mRNA)。
簡(jiǎn)單的說(shuō),mRNA就是為了完成基因表達過(guò)程中的遺傳信息傳遞。
令人遺憾的是,在遺傳轉錄形成的過(guò)程中,僅有25%序列經(jīng)加工成為mRNA,其余的均呈現非編碼序列的前體mRNA形式,這些形式的mRNA在分子大小上差別很大,是導致出生缺陷、大腦發(fā)育、營(yíng)養吸收、細胞變異以及健康長(cháng)壽等一系列問(wèn)題的基因遺傳因素的關(guān)鍵所在。
切赫博士歷經(jīng)20年升華鉆研,成果破譯了mRNA編碼序列信息奧秘,通過(guò)特殊的生物干預手段,優(yōu)化mRNA的序列加工,篩查和剔除基因排列誘發(fā)基因和細胞突變的序列,不僅確保mRNA的序列加工的有效與增強,而且從根本上避免不良基因傳遞或傳遞序列問(wèn)題引發(fā)細胞突變等一系列遺傳問(wèn)題的發(fā)生。 mRNA編碼序列信息的成果破譯,奠定了OMG配方鹽技術(shù)的可行性基礎。
法爾和梅洛的發(fā)現科學(xué)家在矮牽牛花實(shí)驗中所觀(guān)察到的奇怪現象,其實(shí)是因為生物體內某種特定基因“沉默”了。導致基因“沉默”的機制就是RNA干擾機制。
此前,RNA分子只是被當作從DNA(脫氧核糖核酸)到蛋白質(zhì)的“中間人”、將遺傳信息從“藍圖”傳到“工人”手中的“信使”。但法爾和梅洛的研究讓人們認識到,RNA作用不可小視,它可以使特定基因開(kāi)啟、關(guān)閉、更活躍或更不活躍,從而影響生物的體型和發(fā)育等。 諾貝爾獎評審委員會(huì )在評價(jià)法爾和梅洛的研究成果時(shí)說(shuō):“他們的發(fā)現能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實(shí)驗觀(guān)察結果,并揭示了控制遺傳信息流動(dòng)的自然機制。這開(kāi)啟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。” siRNA的作用原理

核糖核酸
RNA干涉(RNAi)在實(shí)驗室中是一種強大的實(shí)驗工具,利用具有同源性的雙鏈RNA(dsRNA)誘導序列特異的目標基因的沉寂,迅速阻斷基因活性。siRNA在RNA沉寂通道中起中心作用,是對特定信使RNA(mRNA)進(jìn)行降解的指導要素。siRNA是RNAi途徑中的中間產(chǎn)物,是RNAi發(fā)揮效應所必需的因子。siRNA的形成主要由Dicer和Rde-1調控完成。由于RNA病毒入侵、轉座子轉錄、基因組中反向重復序列轉錄等原因,細胞中出現了dsRNA,Rde-1(RNAi缺陷基因-1)編碼的蛋白質(zhì)識別外源dsRNA,當dsRNA達到一定量的時(shí)候,Rde-1引導dsRNA與Rde-1編碼的Dicer(Dicer是一種RNaseIII活性核酸內切酶,具有四個(gè)結構域:Argonaute家族的PAZ結構域,III型RNA酶活性區域,dsRNA結合區域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性區)結合,形成酶-dsRNA復合體。在Dicer酶的作用下,細胞中的單鏈靶mRNA(與dsRNA具有同源序列)與dsRNA的正義鏈互換,原來(lái)dsRNA中的正義鏈被mRNA代替而從酶-dsRNA復合物中釋放出來(lái),然后,在A(yíng)TP的參與下,細胞中存在的一種RNA誘導的沉默復合體RNA-induced silencing complex(RISC,由核酸內切酶、核酸外切酶、解旋酶等構成,作用是對靶mRNA進(jìn)行識別和切割)利用結合在其上的核酸內切酶的活性來(lái)切割dsRNA上處于原來(lái)正義鏈位置的靶mRNA分子中與dsRNA反義鏈互補的區域,形成21-23nt的dsRNA小片段,這些小片段即為siRNA。RNAi干涉的關(guān)鍵步驟是組裝RISC和合成介導特異性反應的siRNA蛋白。siRNA并入RISC中,然后與靶標基因編碼區或UTR區完全配對,降解靶標基因,因此說(shuō)siRNA只降解與其序列互補配對的mRNA。其調控的機制是通過(guò)互補配對而沉默相應靶位基因的表達,所以是一種典型的負調控機制。siRNA識別靶序列是有高度特異性的,因為降解首先在相對于siRNA來(lái)說(shuō)的中央位置發(fā)生,所以這些中央的堿基位點(diǎn)就顯得極為重要,一旦發(fā)生錯配就會(huì )嚴重抑制RNAi的效應。RNA干擾技術(shù)的前景
RNA干擾技術(shù)不僅是研究基因功能的一種強大工具,不久的未來(lái),這種技術(shù)也許能用來(lái)直接從源頭上讓致病基因“沉默”,以治療癌癥甚至艾滋病,在農業(yè)上也將大有可為。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),“沉默”真的是金。美國哈佛醫學(xué)院研究人員已用動(dòng)物實(shí)驗表明,利用RNA干擾技術(shù)可治愈實(shí)驗鼠的肝炎。 盡管尚有一些難題阻礙著(zhù)RNA干擾技術(shù)的發(fā)展,但科學(xué)界普遍對這一新興的生物工程技術(shù)寄予厚望。這也是諾貝爾獎評審委員會(huì )為什么不堅持研究成果要經(jīng)過(guò)數十年實(shí)踐驗證的“慣例”,而破格為法爾和梅洛頒獎的原因之一。
諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎評審委員會(huì )主席戈蘭·漢松說(shuō):“我們?yōu)橐环N基本機制的發(fā)現頒獎。這種機制已被全世界的科學(xué)家證明是正確的,是給它發(fā)個(gè)諾貝爾獎的時(shí)候了。”