抑制mRNA的降解实际上就是抑制RNA酶的活性,主要的RNA酶抑制剂有以下几种
焦碳酸二乙酯,即DEPC,通过和RNA酶的上活性中心的组氨酸的咪唑环结合而使蛋白质变性。
异硫氰酸胍是目前认为是最有效的RNA酶抑制剂。
氧钒核糖核苷复合物能与RNA酶结合形式过渡类物质,抑制RNA酶的活性。
RNA酶的蛋白质抑制剂(RNasin),是一种从大鼠肝或人胚盘中提取得来的酸性糖蛋白。Rnasin是RNA酶的一种非竞争性抑制剂,可以和多种RNA酶结合,使其失活。
还有像SDS、尿素、硅藻土等对RNA酶也有一定的抑制作用。
RNA干扰的分子抑制机制的三种方式及原理 转录抑制 与RNAi有关的dsRNA及蛋白质可参与染色质的修饰作用,使其中的组蛋白和DNA发生甲基化作用,使相应基因不能被转录,从而导致受阻基因不能表达。
这种在转录水平上阻断基因功能,使基因沉默的RNAi方式被称为转录基因沉默(Transcriptional gene silencing,TGS)。这种现象先在植物中得到证实,但是在哺乳动物中是否存在仍有争议。
2004年Svoboda等研究表明,在小鼠卵母细胞中,通过RNAi引起靶基因表达沉默的长dsRNA不能引起相应DNA区域从头合成DNA的甲基化。Morris等也于同年得出实验结论,针对内源基因启动子的siRNA能够引起其区域内CG岛以及组蛋白H3K9的甲基化,从而在转录水平抑制基因的表达。
转录后抑制 不同来源的dsRNA通过各种转基因技术转入植物、线虫或哺乳动物细胞内,、被切割产生siRNA片断,再由合成的RISC切割靶mRNA从而阻断基因表达。这种基因能正常转录成mRNA,但mRNA因被降解使基因功能被阻断,这种RNAi方式叫做转录后沉默(Post transcriptional gene silencing,PTGS)。
siRNA对靶mRNA降解具有序列特异性,只能引起同源mRNA降解,如果siRNA与mRNA有一个bp不配对,RNAi作用就极大降低,如果两者有4个bp不配对,就不能产生RNAi。 翻译抑制 Grishok等在研究RNAi时,发现在细胞中在细胞中存在内源性小片段单链RNA(ssRNA),其长度也在21~25 nt之间,这种ssRNA可与mRNA的3′非翻译区(3′UTR)特异性地结合,从而抑制mRNA的翻译和相应的功能蛋白质合成。
这种小片段的ssRNA叫做stRNA(small temporal RNA)。ssRNA的形成是因为当RNA的大小为70~80 nt时,容易形成双链的茎环状结构,其双链茎的长度正好在21~25 nt之间,这样的双链结构易被Dicer酶识别并切割成stRNA,由stRNA抑制翻译。
这种方式的RNAi也作用于转录后形成的mRNA,它在调节生物细胞内基因的表达、自身的发育方面起着重要的作用。
:1 位于AUG之前的5' 上游非编码区---先导序列,作为核糖体的识别和结合位点:S-D 序列(原核生物):5'-AGGAGG-3';'5'-cap;扫描序列(GCCA/GCCAUGG )(真核生物Kozak顺序)。
注:mRNA的二级结构容易对其翻译起作用;2 拖尾序列—位于终止密码子之后不翻译的3'下游非编码区;3 编码区 从起始密码子AUG开始直至终止密码子,对第一个顺反子,一旦mRNA的5'端被合成,翻译起始位点即可与核糖体相结合,而后面几个顺反子翻译的起始就会受其上游顺反子结构的调控 mRNA的次级结构有可能控制翻译的其始。。
1、mRNA运输控制
运输控制(transport control)是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。真核和原核生物不同,有一个核膜包被的核,此核膜就是一个基因表达的控制点。
我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面,然后被降解掉。成熟的mRNA如何调节从核内转运到细胞质中呢?看来这些mRNA都要通过核孔进行转运,但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。某些证据表明SnRNPs对于mRNA留在核中是很重要的。例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中,mRNA易于从核中的输出。这就导致产生剪接体滞留模型(spliceosome retentior model)。在这个模型中剪接体的装配与mRNA的输出相竞争,这样,当前体mRNA在剪接体经过加工的过程中,RNA滞留在核中,不能与核孔相互作用。当加工完成后,内含子被切除了,mRNA从剪接体上解离下来,游离的mRNA能与核相互作用,但内含子不行。现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。
2、mRNA翻译的控制
mRNA分子通过核糖体对它们的选择充当了翻译调节的主角。不同的翻译明显地影响到基因的表达。例如mRNA储存在很多脊椎和无脊椎动物的未受精卵中,在未受精阶段蛋白质合成率是很低的,但一旦受精蛋白质合成立即增加。因此这各合成的增加并没有新的mRNA的合成,可能是由于存在一种翻译控制之故。最近认为这种翻译控制主要是蛋白降解控制,在控制中蛋白降解的速率是受到调节的。
在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制(degradation control)在控制中RNA降解的速率(也称为RNA的转换率是受到调节的。通常核糖体中的 rRNA和tRNA是很稳定的,相比之下mRNA分子的稳定性很不一致,有的mRNA的寿命可延续好几个月,有的只有几分钟。我们在某些类型的细胞中加入调节物可使某些特殊蛋白的合成增加。这可能涉及到相关基因转录速率的增加,也可能涉及到其mRNA稳定性的增加。表18-11表明某些特殊效应分子对各种组织和细胞中的mRNA稳定性的影响。
真核生物基因的翻译调控的一个重要作用是控制mRNA的稳定性。在某些真核细胞中的mRNA进入细胞质以后,并不立即作为模板进行蛋白质合成,而是与一些蛋白质结合形成RNA蛋白质(RNP)颗粒。这种状态的mRNA的半衰期可以延长。mRNA的寿命越长,以它为模板进行翻译的次数越多。家蚕的丝芯蛋白基因是单拷贝的,但在几天内,一个细胞中可以合成多达1010个丝芯蛋白分子。这是它的mRNA分子和蛋白质结合成为RNP颗粒而延长了寿命的结果。真核细胞中mRNA的平均寿命通常为3 h,而丝芯蛋白的mRNA的平均寿命却长达4 d,从这里可以看出mRNA的寿命控制着翻译活性。不同发育时期,mRNA的寿命的长短不同,翻译的活性也不同。mRNA的寿命除与5′的帽和3′的尾有关外,还与mRNA结合形成mRNA蛋白质颗粒的蛋白质组分有关。
其实mRNA的降解可能是基因表达调控的一个重要控制点,mRNA降解速率的不同表现了和各mRNA结构特点有关。特别是mRNA的选择性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNA内部结构相互作用的结果。例如在很多短寿命的mRNA 3′端非翻译区(UTR)中的一组富含AU的序列(UUAAUUUAU)是和它们的不稳定性有关系的,但现在还不清楚AU丰富区怎样使mRNA不稳定的,可能和去消poly(A)有关;也可能AU序列与80S复合物形成过程中的某种因子结合。
动物细胞mRNA的制备
植物细胞mRNA的制备 1、mRNA在无细胞翻译体系指导合成高分子量蛋白质的能力。无细胞翻译系统(Cell-free translation system),又叫体外转录-翻译的偶联系统,因为该系统需要制备无细胞提取物,还有人称之为溶胞粗制品翻译系统。
无细胞提取物的制备:
用机械的,超声波的,渗透压或用适当的去污剂等方法,将细胞溶破,再高速离心出去其质膜与细胞核等.该提取液中含有RNA聚合酶,核糖体,tRNA和能量发生系统.
常见的体外无细胞翻译系统:
兔网织红细胞系统。网织红细胞无细胞核,其合成的蛋白质90%以上为珠蛋白.
1. PABP在翻译起始中的作用 所有真核生物mRNA 5′端都有帽子结构,早在1976年Shtkin就根据体外翻译实验结果指出,5′端帽子有增强翻译效率的作用。
此后众多研究证实,大多数mRNA的翻译依赖于帽子结构。 除了帽子外,真核生物mRNA的3′端大都有polyA尾巴,在许多体内实验和高活性的体外翻译体系中都观察到,mRNA polyA结构与翻译效率有直接的关系,带polyA的mRNA比无polyA尾巴的相应mRNA的翻译效率高得多。
5′端帽子和3′端polyA能够协同地调节mRNA的翻译效率。进一步研究表明,真核生物翻译起始过程中,polyA被PABP所结合,通过PABP影响翻译。
PABP在真核生物中高度保守,含有4个RNA识别模体(RNA recognition motif, RRM)。Sachs等首先证明,PABP参与翻译起始。
PABP能协助60S亚基与40S亚基结合从而促使80S核糖体的形成〔5〕。生化方面的证据也揭示了PABP在翻译起始中的作用。
无论是polyA还是5′端帽子结构都不能单独作用于翻译,而只能协同作用,PABP在此过程中参与帽子和其起始因子的相互作用〔3、6〕。可能PABP可以直接与CBP作用或通过一个中介物间接作用(如图1),通过这种相互作用,mRNA的两末端在空间上十分靠近而形成环状。
这与40多年前电子显微照相观察到多核糖体是环状的实验结果一致。可能真核生物就是通过两末端作用而提高翻译效率的。
图1 翻译起始mRNA两末端的相互作用 如果在溶菌酶的体外翻译体系中加入外源polyA,蛋白质的合成就受抑制,这表明外源polyA结合(squester)了一种翻译必须成分。Gallie等还发现,没有帽子结构的mRNA的抑制效应比有帽子的mRNA大,表明含5′端帽子的mRNA能高效竞争易被外源polyA结合的某成分。
而且,加入纯化的eIF4F和eIF4B能逆转polyA导致的抑制效应。可见,这种外源polyA所结合的成分就是eIF4F、eIF4B。
虽然这些因子能直接作用于polyA,但是它们与polyA的亲合力只有它们与PABP的亲合力的二分之一左右〔7〕。对此最可能的解释是,polyA与eIF4F、eIF4B的结合是通过PABP/polyA复合物和各因子间的蛋白质-蛋白质相互作用完成的。
在酵母和植物中,PABP与eIF4F(eIFiso4F)的大亚基eIF4G(eIFiso4G)直接作用而促进40S亚基与mRNA结合〔7、8〕。但哺乳动物的PABP却不和eIF4G直接作用。
最近在哺乳动物中发现了一个与eIF4G具一定同源性的PABP作用蛋白,PAIP-1。Craig等〔9〕就此提出了一个模型,认为哺乳动物PABP和eIF4A以PAIP-1为中介而在polyA和5′-UTR间形成一个桥,5′端帽子和polyA对翻译起始的协同作用或许是按以下步骤完成的:eIF4A通过与eIF4G作用而召集于5′端帽子,而帽子反过来又促进eIF4A的召集反应(图1),然后eIF4A以PAIP-1为中介与PABP作用〔4、9〕。
在植物中,不但eIF4F(eIFiso4F)和eIF4B能分别提高PABP对polyA的亲和力,而且两者还能协同影响PABP对polyA的结合力。提示PABP、eIF4F、eIF4B三因子间必有一个功能上的相互作用〔7〕。
而在哺乳动物体内,eIF4F含量较低,为提高翻译效率,eIF4F与PABP结合以分别提高它们与帽子及polyA的结合〔4〕。 PABP与其相关起始因子的分子间相互作用受细胞间PABP和mRNA浓度的控制,在一定浓度下,polyA(很可能是与PABP共同作用)能选择性提高体外mRNA的翻译。
而且,两末端的这种PABP参与的分子间相互作用对翻译前mRNA的完整性起着检测作用,从而可以阻止不完整的mRNA的翻译。PABP在起始中参与分子间作用的另一个原因,也许是通过两末端靠近促进再起始。
已有证据表明,40S亚基在翻译结束后仍与mRNA结合在一起;与mRNA结合的核糖体能被优先召集。在GCN4 ORF的上游有 4个小的上游开放阅读框(suORF)。
GCN4 mRNA为了翻译远端开放阅读框,40S亚基在近端suORF翻译后仍与mRNA结合着。随着第一suORF翻译的终止及60S亚基的脱离,仍有50%的40S亚基与mRNA结合继续进行扫描,从而提高翻译效率。
40S亚基在翻译终止后,仍结合于mRNA的3′-UTR有利于再起始,而3′-UTR长度决定其结合的时间。翻译效率低的mRNA往往利用这种机制,构建一系列3′-UTR长度不一的mRNA,随着3′-UTR长度加长,翻译效率也提高。
3′-URT越长,翻译终止后,核糖体仍结合于3′-UTR的时间也长,从而提高了它们的召集反应。而且在此过程中,结合在mRNA上的40S亚基浓度比已从mRNA上脱离的40S亚基浓度高。
PABP/polyA复合物和eIF4F/5′端帽子复合物可能便于再召集〔4〕。2. 两末端的相互作用提高mRNA稳定性 PABP和CBP的相互作用不但能促进高效翻译起始,而且在维持mRNA的完整性方面也起着重要作用〔4、9〕。
在酵母和哺乳动物中,mRNA在降解时,去polyA的反应发生于去帽子之前。polyA首先降解导致PABP从mRNA上释放,随着PABP的释放,5′端帽子被去帽子酶DcplP切掉,整个mRNA也迅速被5′→3′RNA核糖体外切酶XrnlP降解。
PABP从mRNA上的释放使5′端帽子易受攻击,PABP在此过程中起了保护作用。PABP能增强植物eEF4F和帽子结构的结合,说明PABP是以eIF4G。
基因沉默是存在于转录或转录后水平。 至于名称之类滴,在我之前就有人回答了~[个人认为基因沉默不等于RNA干扰!,现在只能说转录后水平的基因沉默与RNAi在分子层上是同一现象]
转录后水平是:控制蛋白质合成的基因在RNA合成后开始。
基因沉默的原因是组蛋白修饰,创造一种环境的异染色质围绕一个基因,使其无法进入的转录机制( RNA聚合酶,转录因子等)。
转录后基因沉默的原因是基因的某个特定基因被破坏或阻碍。销毁mRNA翻译,以防止形成一个活跃的基因产物(在大多数情况下,是一种蛋白) 。含有共同机制的是:转录后基因沉默与RNA干扰。
这两个转录和转录后基因沉默是用来调节内源性基因。机制的基因沉默也保护生物的基因组转座子和病毒。因此,基因沉默可能是一种古老的免疫系统的保护等传染病的DNA分子。
基因沉默的DNA甲基化在减数分裂,如丝状菌粗糙脉。
======关于RNAi的定义=======
目前对RNAi (RNA interference)的定义有很多种,不同的资料对其定义的侧重点也不尽相同,如果将RNAi看作一种生物学现象,可以有以下定义:
① RNAi是由dsRNA介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。
② RNAi是有dsRNA参与指导的,以外源和内源mRNA为降解目标的转基因沉默现象。具有核苷酸序列特异性的自我防御机制,是一种当外源基因导入或病毒入侵后,细胞中与转基因或入侵病毒RNA同源的基因发生共同基因沉默的现象。
---
如果将其作为一门生物技术,则定义为 :
① RNAi 是指通过反义RNA与正链RNA 形成双链RNA 特异性地抑制靶基因的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA(有义RNA 和反义RNA) ,从而诱导内源靶基因的mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。
② RNAi是指体外人工合成的或体内的双链RNA(dsRNA)在细胞内特异性的将与之同源的 mRNA降解成21nt~23nt 的小片段,使相应的基因沉默。
③ RNAi是将与靶基因的mRNA 同源互补的双链RNA(dsRNA ) 导入细胞,能特异性地降解该mRNA ,从而产生相应的功能表型缺失, 属于转录后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。
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可以在信号-基因-mRNA-蛋白4阶段抑制:
信号:激活该基因的抑制基因。
信号:加入抑制该基因的蛋白。
基因:加入抑制该基因的化学品 。加入抑制该基因的siRNA。
mRNA:加入促进 mRNA 降解的siRNA 等
蛋白:加入促进蛋白降解或阻断蛋白成熟的分子。
以上只谈到加法, 还可以用减法
如: 信号:去处激活该基因的蛋白。
这样一共可以有多于10种 办法。
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反义RNA,根据反义RNA的作用机制可将其分为3类
Ⅰ类:这类反义RNA直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编码区,引起翻译的直接抑制(ⅠA类)或与靶mRNA结合后引起该双链RNA分子对RNA酶Ⅲ的敏感性增加,使其降解(ⅠB类).
Ⅱ类:这类反义RNA与mRNA的SD序列的上游非编码区结合,从而抑制靶mRNA的翻译功能.其作用机制尚不完全清楚,可能是反义RNA与靶mRNA的上游序列结合后会引起核糖体结合位点区域的二级结构发生改变,因而阻止了核糖体的结合.
Ⅲ类:这类反义RNA可直接抑制靶mRNA的转录.
RNAi (RNA interference) 即RNA干涉,是近年来发现的在生物体内普遍存在的一种古老的生物学现象,是由双链RNA(dsRNA)介导的、由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。RNAi 广泛存在于从真菌到高等植物、从无脊椎动物到哺乳动物各种生物中。同时作为一项新兴生物技术,RNAi有着广泛的应用前景。本文主要论述了RNAi的发现、RNAi 的机理、RNAi的作用特点以及RNAi 的应用前景。
1.RNAi的定义
目前对RNAi (RNA interference)的定义有很多种,不同的资料对其定义的侧重点也不尽相同,如果将RNAi看作一种生物学现象,可以有以下定义:① RNAi是由dsRNA介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。② RNAi是有dsRNA参与指导的,以外源和内源mRNA为降解目标的转基因沉默现象。具有核苷酸序列特异性的自我防御机制,是一种当外源基因导入或病毒入侵后,细胞中与转基因或入侵病毒RNA同源的基因发生共同基因沉默的现象。
如果将其作为一门生物技术,则定义为:① RNAi 是指通过反义RNA与正链RNA 形成双链RNA 特异性地抑制靶基因的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA(有义RNA 和反义RNA) ,从而诱导内源靶基因的mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。② RNAi是指体外人工合成的或体内的双链RNA(dsRNA)在细胞内特异性的将与之同源的 mRNA降解成21nt~23nt 的小片段,使相应的基因沉默。③ RNAi是将与靶基因的mRNA 同源互补的双链RNA(dsRNA ) 导入细胞,能特异性地降解该mRNA ,从而产生相应的功能表型缺失, 属于转录后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。
各种不同定义虽然说法不同,但所描述事实是大体相同的,简单地可以说,RNAi就是指由RNA介导的基因沉默现象。

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