RNAi的作用机制及其放大效应

RNAi的作用机制

RNAi 的作用体现在两种水平上

①转录水平。RNA 可以介导DNA 的甲基化(RNA-directed DNA methylation ,RdDM) zui早发现于一种植物的类病毒系统。dsRNA(double-strand RNA) 被降解成21～23 个核苷酸长的小片段RNA 时，这些小的RNA 分子在细胞核可以诱发同源序列的DNA 甲基化 。这种序列特异性的甲基化的信号与RNA-DNA 结合有关 。当dsRNA 含有与启动子同源的序列，即可使同源靶启动子序列甲基化，从而使靶启动子失去功能，导致下游基因沉默。非致病病毒的造成转录水平基因沉默相关的RdDMzui先发现于以菜花样花叶病毒，其35S 启动子转录得到含有胭脂碱合成酶启动子(NOSpro) 序列的NOSproRNA。在转基因烟草中，据报告未腺苷酸化的NOSpro dsRNA可以诱导同源NOSpro DNA 的甲基化，并使拷贝在转录水平上反式失活。在链胞霉属，DNA 的甲基化可能是异染色质的sirna 介导的组蛋白H3 K9 的甲基化，是由H3 甲基转移酶催化的 。

②转录后水平。⑴特异切割dsRNA 的RNA 酶Ⅲ家族核酸酶Dicer 依赖ATP 切割dsRNA ，将其分解成具有2 个核苷酸的3′悬端(overhang) 的19～21b 小片段的双链siRNA。⑵RISC(RNA 诱导的沉默复合物RNA-induced silence complex) 识别并降解mRNA。RISC 是一种蛋白-RNA 效应器核酸酶复合物。双链siRNA 为RISC 的重要组分，它依赖ATP 解旋导致RISC活化，然后通过Waston-Crick 碱基配对识别底物mRNA 并与之结合，并自siRNA 的3′端将mRNA 切割成小于12nt 的片段使其降解 。对一些人组织因子的试验表明，几个不同的siRNA 可以攻击同一个mRNA 的不同位点。只有一部分siRNA 会导致显著的基因沉默，这说明在人mRNA 上的siRNA 结合位点可能很少，且不活跃的siRNA 与活跃的siRNA 可逆性竞争。

miRNA

Dicer 酶产生两类功能特异的小分子RNA：siR2NA 和miRNA(micro-RNA)。Tuschl 等在从果蝇胚胎提取物的长的dsRNA 处理得到siRNA 的同时，得到了16 种20—23个核苷酸大小的短的单链RNA。这些RNA 由果蝇基因组编码并在0—2 周的胚胎内表达。它们具有潜在的调节基因表达的作用，被称为miRNA 。miRNA 约21 个核苷酸大小，为单链结构，大多数miRNA 与底物mRNA 不*配对结合，它们并不改变miRNA 的稳定性，而是通过抑制翻译来使基因沉默，但目前至少发现一种植物miRNA(miR171) 与底物mRNA*配对，这提示了miRNA 通过RNAi 途径调节基因表达的可能性 。与siRNA 不同的是，由于miRNA 为单链结构，其作用不需要ATP 的存在。

RNAi 的放大效应

由于RNAi 的机制在生物体的效应极其显著，有研究提示，RNAi 通路应该有相应的放大步骤。放大效应可能的途径：①通过复制dsRNA 或者siRNA 进行。Nishikura 提出“过渡的RNAi (transitive RNAi) ”的机制，即由原先的靶序列的上游序列延伸形成新的siRNA，继续降解同源的基因家族成员或者切割mRNA 。②多轮的RISC 效应。③RdRP(RNA 诱导的RNA 多聚酶) 的作用:植物和新秀丽小杆线虫的dsRNA 诱导的沉默都需要与RdRP 相似的蛋白质的参与 。RNAi 一般在体细胞发挥作用，在ego21 表达细胞一种称为“随机降解PCR”的放大模型却提示RdRP 通过siRNA 引导链识别并结合mRNA，产生一种双链RNA 的Dicer酶底物，以产生更多的siRNA。