核糖核酸
1990年,曾有科學(xué)家給矮牽?;ú迦胍环N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?;ㄍ耆噬ò曜兂闪税咨?!科學(xué)界對此感到極度困惑。上世紀(jì)八十年代,托馬斯.R.切赫博士在研究RNA的成熟體結(jié)構(gòu)中,發(fā)現(xiàn)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)過多年的深度研究,切赫博士在DNA基因遺傳過程中,發(fā)現(xiàn)了有趣的mRNA(信使RNA)和tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)RNA),從而揭開了遺傳基因導(dǎo)致出生缺陷、大腦發(fā)育、營養(yǎng)吸收、細(xì)胞變異以及健康長壽等一系列人類生命密碼的神秘面紗。 mRNA(信使RNA)人類的遺傳信息主要貯存于DNA的堿基序列中,不過DNA并不直接決定蛋白質(zhì)的合成。而在真核細(xì)胞中,DNA主要貯存于細(xì)胞核中的染色體上,而蛋白質(zhì)的合成場所存在于細(xì)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傳遞遺傳信息作用的特殊RNA。稱為信使RNA(messenger RNA,mRNA)。
簡單的說,mRNA就是為了完成基因表達(dá)過程中的遺傳信息傳遞。
令人遺憾的是,在遺傳轉(zhuǎn)錄形成的過程中,僅有25%序列經(jīng)加工成為mRNA,其余的均呈現(xiàn)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(dǎo)致出生缺陷、大腦發(fā)育、營養(yǎng)吸收、細(xì)胞變異以及健康長壽等一系列問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,通過特殊的生物干預(yù)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(xì)胞突變的序列,不僅確保mRNA的序列加工的有效與增強(qiáng),而且從根本上避免不良基因傳遞或傳遞序列問題引發(fā)細(xì)胞突變等一系列遺傳問題的發(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(chǔ)。
法爾和梅洛的發(fā)現(xiàn)科學(xué)家在矮牽牛花實(shí)驗(yàn)中所觀察到的奇怪現(xiàn)象,其實(shí)是因?yàn)樯矬w內(nèi)某種特定基因“沉默”了。導(dǎo)致基因“沉默”的機(jī)制就是RNA干擾機(jī)制。
此前,RNA分子只是被當(dāng)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(lán)圖”傳到“工人”手中的“信使”。但法爾和梅洛的研究讓人們認(rèn)識到,RNA作用不可小視,它可以使特定基因開啟、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在評價法爾和梅洛的研究成果時說:“他們的發(fā)現(xiàn)能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果,并揭示了控制遺傳信息流動的自然機(jī)制。這開啟了一個新的研究領(lǐng)域。” siRNA的作用原理
核糖核酸
RNA干涉(RNAi)在實(shí)驗(yàn)室中是一種強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)工具,利用具有同源性的雙鏈RNA(dsRNA)誘導(dǎo)序列特異的目標(biāo)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(dǎo)要素。siRNA是RNAi途徑中的中間產(chǎn)物,是RNAi發(fā)揮效應(yīng)所必需的因子。siRNA的形成主要由Dicer和Rde-1調(diào)控完成。由于RNA病毒入侵、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄、基因組中反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)錄等原因,細(xì)胞中出現(xiàn)了dsRNA,Rde-1(RNAi缺陷基因-1)編碼的蛋白質(zhì)識別外源dsRNA,當(dāng)dsRNA達(dá)到一定量的時候,Rde-1引導(dǎo)dsRNA與Rde-1編碼的Dicer(Dicer是一種RNaseIII活性核酸內(nèi)切酶,具有四個結(jié)構(gòu)域:Argonaute家族的PAZ結(jié)構(gòu)域,III型RNA酶活性區(qū)域,dsRNA結(jié)合區(qū)域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性區(qū))結(jié)合,形成酶-dsRNA復(fù)合體。在Dicer酶的作用下,細(xì)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dsRNA中的正義鏈被mRNA代替而從酶-dsRNA復(fù)合物中釋放出來,然后,在ATP的參與下,細(xì)胞中存在的一種RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體RNA-induced silencing complex(RISC,由核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶、解旋酶等構(gòu)成,作用是對靶mRNA進(jìn)行識別和切割)利用結(jié)合在其上的核酸內(nèi)切酶的活性來切割dsRNA上處于原來正義鏈位置的靶mRNA分子中與dsRNA反義鏈互補(bǔ)的區(qū)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(dǎo)特異性反應(yīng)的siRNA蛋白。siRNA并入RISC中,然后與靶標(biāo)基因編碼區(qū)或UTR區(qū)完全配對,降解靶標(biāo)基因,因此說siRNA只降解與其序列互補(bǔ)配對的mRNA。其調(diào)控的機(jī)制是通過互補(bǔ)配對而沉默相應(yīng)靶位基因的表達(dá),所以是一種典型的負(fù)調(diào)控機(jī)制。siRNA識別靶序列是有高度特異性的,因?yàn)榻到馐紫仍谙鄬τ趕iRNA來說的中央位置發(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)生錯配就會嚴(yán)重抑制RNAi的效應(yīng)。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(qiáng)大工具,不久的未來,這種技術(shù)也許能用來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(nóng)業(yè)上也將大有可為。從這個角度來說,“沉默”真的是金。美國哈佛醫(yī)學(xué)院研究人員已用動物實(shí)驗(yàn)表明,利用RNA干擾技術(shù)可治愈實(shí)驗(yàn)鼠的肝炎。 盡管尚有一些難題阻礙著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為什么不堅(jiān)持研究成果要經(jīng)過數(shù)十年實(shí)踐驗(yàn)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(yī)學(xué)獎評審委員會主席戈蘭·漢松說:“我們?yōu)橐环N基本機(jī)制的發(fā)現(xiàn)頒獎。這種機(jī)制已被全世界的科學(xué)家證明是正確的,是給它發(fā)個諾貝爾獎的時候了?!?/span>