抑制mRNA的降解實(shí)際上就是抑制RNA酶的活性,主要的RNA酶抑制劑有以下幾種
焦碳酸二乙酯,即DEPC,通過(guò)和RNA酶的上活性中心的組氨酸的咪唑環(huán)結合而使蛋白質(zhì)變性。
異硫氰酸胍是目前認為是最有效的RNA酶抑制劑。
氧釩核糖核苷復合物能與RNA酶結合形式過(guò)渡類(lèi)物質(zhì),抑制RNA酶的活性。
RNA酶的蛋白質(zhì)抑制劑(RNasin),是一種從大鼠肝或人胚盤(pán)中提取得來(lái)的酸性糖蛋白。Rnasin是RNA酶的一種非競爭性抑制劑,可以和多種RNA酶結合,使其失活。
還有像SDS、尿素、硅藻土等對RNA酶也有一定的抑制作用。
RNA干擾的分子抑制機制的三種方式及原理 轉錄抑制 與RNAi有關(guān)的dsRNA及蛋白質(zhì)可參與染色質(zhì)的修飾作用,使其中的組蛋白和DNA發(fā)生甲基化作用,使相應基因不能被轉錄,從而導致受阻基因不能表達。
這種在轉錄水平上阻斷基因功能,使基因沉默的RNAi方式被稱(chēng)為轉錄基因沉默(Transcriptional gene silencing,TGS)。這種現象先在植物中得到證實(shí),但是在哺乳動(dòng)物中是否存在仍有爭議。
2004年Svoboda等研究表明,在小鼠卵母細胞中,通過(guò)RNAi引起靶基因表達沉默的長(cháng)dsRNA不能引起相應DNA區域從頭合成DNA的甲基化。Morris等也于同年得出實(shí)驗結論,針對內源基因啟動(dòng)子的siRNA能夠引起其區域內CG島以及組蛋白H3K9的甲基化,從而在轉錄水平抑制基因的表達。
轉錄后抑制 不同來(lái)源的dsRNA通過(guò)各種轉基因技術(shù)轉入植物、線(xiàn)蟲(chóng)或哺乳動(dòng)物細胞內,、被切割產(chǎn)生siRNA片斷,再由合成的RISC切割靶mRNA從而阻斷基因表達。這種基因能正常轉錄成mRNA,但mRNA因被降解使基因功能被阻斷,這種RNAi方式叫做轉錄后沉默(Post transcriptional gene silencing,PTGS)。
siRNA對靶mRNA降解具有序列特異性,只能引起同源mRNA降解,如果siRNA與mRNA有一個(gè)bp不配對,RNAi作用就極大降低,如果兩者有4個(gè)bp不配對,就不能產(chǎn)生RNAi。 翻譯抑制 Grishok等在研究RNAi時(shí),發(fā)現在細胞中在細胞中存在內源性小片段單鏈RNA(ssRNA),其長(cháng)度也在21~25 nt之間,這種ssRNA可與mRNA的3′非翻譯區(3′UTR)特異性地結合,從而抑制mRNA的翻譯和相應的功能蛋白質(zhì)合成。
這種小片段的ssRNA叫做stRNA(small temporal RNA)。ssRNA的形成是因為當RNA的大小為70~80 nt時(shí),容易形成雙鏈的莖環(huán)狀結構,其雙鏈莖的長(cháng)度正好在21~25 nt之間,這樣的雙鏈結構易被Dicer酶識別并切割成stRNA,由stRNA抑制翻譯。
這種方式的RNAi也作用于轉錄后形成的mRNA,它在調節生物細胞內基因的表達、自身的發(fā)育方面起著(zhù)重要的作用。
:1 位于A(yíng)UG之前的5' 上游非編碼區---先導序列,作為核糖體的識別和結合位點(diǎn):S-D 序列(原核生物):5'-AGGAGG-3';'5'-cap;掃描序列(GCCA/GCCAUGG )(真核生物Kozak順序)。
注:mRNA的二級結構容易對其翻譯起作用;2 拖尾序列—位于終止密碼子之后不翻譯的3'下游非編碼區;3 編碼區 從起始密碼子AUG開(kāi)始直至終止密碼子,對第一個(gè)順?lè )醋樱坏﹎RNA的5'端被合成,翻譯起始位點(diǎn)即可與核糖體相結合,而后面幾個(gè)順?lè )醋臃g的起始就會(huì )受其上游順?lè )醋咏Y構的調控 mRNA的次級結構有可能控制翻譯的其始。。
1、mRNA運輸控制
運輸控制(transport control)是對轉錄本從細胞核運送到細胞質(zhì)中的數量進(jìn)行調節。真核和原核生物不同,有一個(gè)核膜包被的核,此核膜就是一個(gè)基因表達的控制點(diǎn)。
我們知道初始轉錄本是在核內廣泛地被加工。實(shí)驗表明幾乎只有一半的蛋白編碼基因的初始轉錄本一直留在核里面,然后被降解掉。成熟的mRNA如何調節從核內轉運到細胞質(zhì)中呢?看來(lái)這些mRNA都要通過(guò)核孔進(jìn)行轉運,但是對于從核中輸出的過(guò)程以及輸出或保留所需的信號知道得很少。某些證據表明SnRNPs對于mRNA留在核中是很重要的。例如在抑制剪接體裝配的成熟酵母中,mRNA易于從核中的輸出。這就導致產(chǎn)生剪接體滯留模型(spliceosome retentior model)。在這個(gè)模型中剪接體的裝配與mRNA的輸出相競爭,這樣,當前體mRNA在剪接體經(jīng)過(guò)加工的過(guò)程中,RNA滯留在核中,不能與核孔相互作用。當加工完成后,內含子被切除了,mRNA從剪接體上解離下來(lái),游離的mRNA能與核相互作用,但內含子不行。現在還不清楚mRNA是否需要一個(gè)特殊的輸出信號還是屬于無(wú)規則的輸出。
2、mRNA翻譯的控制
mRNA分子通過(guò)核糖體對它們的選擇充當了翻譯調節的主角。不同的翻譯明顯地影響到基因的表達。例如mRNA儲存在很多脊椎和無(wú)脊椎動(dòng)物的未受精卵中,在未受精階段蛋白質(zhì)合成率是很低的,但一旦受精蛋白質(zhì)合成立即增加。因此這各合成的增加并沒(méi)有新的mRNA的合成,可能是由于存在一種翻譯控制之故。最近認為這種翻譯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調節的。
在細胞質(zhì)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(也稱(chēng)為RNA的轉換率是受到調節的。通常核糖體中的 rRNA和tRNA是很穩定的,相比之下mRNA分子的穩定性很不一致,有的mRNA的壽命可延續好幾個(gè)月,有的只有幾分鐘。我們在某些類(lèi)型的細胞中加入調節物可使某些特殊蛋白的合成增加。這可能涉及到相關(guān)基因轉錄速率的增加,也可能涉及到其mRNA穩定性的增加。表18-11表明某些特殊效應分子對各種組織和細胞中的mRNA穩定性的影響。
真核生物基因的翻譯調控的一個(gè)重要作用是控制mRNA的穩定性。在某些真核細胞中的mRNA進(jìn)入細胞質(zhì)以后,并不立即作為模板進(jìn)行蛋白質(zhì)合成,而是與一些蛋白質(zhì)結合形成RNA蛋白質(zhì)(RNP)顆粒。這種狀態(tài)的mRNA的半衰期可以延長(cháng)。mRNA的壽命越長(cháng),以它為模板進(jìn)行翻譯的次數越多。家蠶的絲芯蛋白基因是單拷貝的,但在幾天內,一個(gè)細胞中可以合成多達1010個(gè)絲芯蛋白分子。這是它的mRNA分子和蛋白質(zhì)結合成為RNP顆粒而延長(cháng)了壽命的結果。真核細胞中mRNA的平均壽命通常為3 h,而絲芯蛋白的mRNA的平均壽命卻長(cháng)達4 d,從這里可以看出mRNA的壽命控制著(zhù)翻譯活性。不同發(fā)育時(shí)期,mRNA的壽命的長(cháng)短不同,翻譯的活性也不同。mRNA的壽命除與5′的帽和3′的尾有關(guān)外,還與mRNA結合形成mRNA蛋白質(zhì)顆粒的蛋白質(zhì)組分有關(guān)。
其實(shí)mRNA的降解可能是基因表達調控的一個(gè)重要控制點(diǎn),mRNA降解速率的不同表現了和各mRNA結構特點(diǎn)有關(guān)。特別是mRNA的選擇性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNA內部結構相互作用的結果。例如在很多短壽命的mRNA 3′端非翻譯區(UTR)中的一組富含AU的序列(UUAAUUUAU)是和它們的不穩定性有關(guān)系的,但現在還不清楚AU豐富區怎樣使mRNA不穩定的,可能和去消poly(A)有關(guān);也可能AU序列與80S復合物形成過(guò)程中的某種因子結合。
動(dòng)物細胞mRNA的制備
植物細胞mRNA的制備 1、mRNA在無(wú)細胞翻譯體系指導合成高分子量蛋白質(zhì)的能力。無(wú)細胞翻譯系統(Cell-free translation system),又叫體外轉錄-翻譯的偶聯(lián)系統,因為該系統需要制備無(wú)細胞提取物,還有人稱(chēng)之為溶胞粗制品翻譯系統。
無(wú)細胞提取物的制備:
用機械的,超聲波的,滲透壓或用適當的去污劑等方法,將細胞溶破,再高速離心出去其質(zhì)膜與細胞核等.該提取液中含有RNA聚合酶,核糖體,tRNA和能量發(fā)生系統.
常見(jiàn)的體外無(wú)細胞翻譯系統:
兔網(wǎng)織紅細胞系統。網(wǎng)織紅細胞無(wú)細胞核,其合成的蛋白質(zhì)90%以上為珠蛋白.
1. PABP在翻譯起始中的作用 所有真核生物mRNA 5′端都有帽子結構,早在1976年Shtkin就根據體外翻譯實(shí)驗結果指出,5′端帽子有增強翻譯效率的作用。
此后眾多研究證實(shí),大多數mRNA的翻譯依賴(lài)于帽子結構。 除了帽子外,真核生物mRNA的3′端大都有polyA尾巴,在許多體內實(shí)驗和高活性的體外翻譯體系中都觀(guān)察到,mRNA polyA結構與翻譯效率有直接的關(guān)系,帶polyA的mRNA比無(wú)polyA尾巴的相應mRNA的翻譯效率高得多。
5′端帽子和3′端polyA能夠協(xié)同地調節mRNA的翻譯效率。進(jìn)一步研究表明,真核生物翻譯起始過(guò)程中,polyA被PABP所結合,通過(guò)PABP影響翻譯。
PABP在真核生物中高度保守,含有4個(gè)RNA識別模體(RNA recognition motif, RRM)。Sachs等首先證明,PABP參與翻譯起始。
PABP能協(xié)助60S亞基與40S亞基結合從而促使80S核糖體的形成〔5〕。生化方面的證據也揭示了PABP在翻譯起始中的作用。
無(wú)論是polyA還是5′端帽子結構都不能單獨作用于翻譯,而只能協(xié)同作用,PABP在此過(guò)程中參與帽子和其起始因子的相互作用〔3、6〕。可能PABP可以直接與CBP作用或通過(guò)一個(gè)中介物間接作用(如圖1),通過(guò)這種相互作用,mRNA的兩末端在空間上十分靠近而形成環(huán)狀。
這與40多年前電子顯微照相觀(guān)察到多核糖體是環(huán)狀的實(shí)驗結果一致。可能真核生物就是通過(guò)兩末端作用而提高翻譯效率的。
圖1 翻譯起始mRNA兩末端的相互作用 如果在溶菌酶的體外翻譯體系中加入外源polyA,蛋白質(zhì)的合成就受抑制,這表明外源polyA結合(squester)了一種翻譯必須成分。Gallie等還發(fā)現,沒(méi)有帽子結構的mRNA的抑制效應比有帽子的mRNA大,表明含5′端帽子的mRNA能高效競爭易被外源polyA結合的某成分。
而且,加入純化的eIF4F和eIF4B能逆轉polyA導致的抑制效應。可見(jiàn),這種外源polyA所結合的成分就是eIF4F、eIF4B。
雖然這些因子能直接作用于polyA,但是它們與polyA的親合力只有它們與PABP的親合力的二分之一左右〔7〕。對此最可能的解釋是,polyA與eIF4F、eIF4B的結合是通過(guò)PABP/polyA復合物和各因子間的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用完成的。
在酵母和植物中,PABP與eIF4F(eIFiso4F)的大亞基eIF4G(eIFiso4G)直接作用而促進(jìn)40S亞基與mRNA結合〔7、8〕。但哺乳動(dòng)物的PABP卻不和eIF4G直接作用。
最近在哺乳動(dòng)物中發(fā)現了一個(gè)與eIF4G具一定同源性的PABP作用蛋白,PAIP-1。Craig等〔9〕就此提出了一個(gè)模型,認為哺乳動(dòng)物PABP和eIF4A以PAIP-1為中介而在polyA和5′-UTR間形成一個(gè)橋,5′端帽子和polyA對翻譯起始的協(xié)同作用或許是按以下步驟完成的:eIF4A通過(guò)與eIF4G作用而召集于5′端帽子,而帽子反過(guò)來(lái)又促進(jìn)eIF4A的召集反應(圖1),然后eIF4A以PAIP-1為中介與PABP作用〔4、9〕。
在植物中,不但eIF4F(eIFiso4F)和eIF4B能分別提高PABP對polyA的親和力,而且兩者還能協(xié)同影響PABP對polyA的結合力。提示PABP、eIF4F、eIF4B三因子間必有一個(gè)功能上的相互作用〔7〕。
而在哺乳動(dòng)物體內,eIF4F含量較低,為提高翻譯效率,eIF4F與PABP結合以分別提高它們與帽子及polyA的結合〔4〕。 PABP與其相關(guān)起始因子的分子間相互作用受細胞間PABP和mRNA濃度的控制,在一定濃度下,polyA(很可能是與PABP共同作用)能選擇性提高體外mRNA的翻譯。
而且,兩末端的這種PABP參與的分子間相互作用對翻譯前mRNA的完整性起著(zhù)檢測作用,從而可以阻止不完整的mRNA的翻譯。PABP在起始中參與分子間作用的另一個(gè)原因,也許是通過(guò)兩末端靠近促進(jìn)再起始。
已有證據表明,40S亞基在翻譯結束后仍與mRNA結合在一起;與mRNA結合的核糖體能被優(yōu)先召集。在GCN4 ORF的上游有 4個(gè)小的上游開(kāi)放閱讀框(suORF)。
GCN4 mRNA為了翻譯遠端開(kāi)放閱讀框,40S亞基在近端suORF翻譯后仍與mRNA結合著(zhù)。隨著(zhù)第一suORF翻譯的終止及60S亞基的脫離,仍有50%的40S亞基與mRNA結合繼續進(jìn)行掃描,從而提高翻譯效率。
40S亞基在翻譯終止后,仍結合于mRNA的3′-UTR有利于再起始,而3′-UTR長(cháng)度決定其結合的時(shí)間。翻譯效率低的mRNA往往利用這種機制,構建一系列3′-UTR長(cháng)度不一的mRNA,隨著(zhù)3′-UTR長(cháng)度加長(cháng),翻譯效率也提高。
3′-URT越長(cháng),翻譯終止后,核糖體仍結合于3′-UTR的時(shí)間也長(cháng),從而提高了它們的召集反應。而且在此過(guò)程中,結合在mRNA上的40S亞基濃度比已從mRNA上脫離的40S亞基濃度高。
PABP/polyA復合物和eIF4F/5′端帽子復合物可能便于再召集〔4〕。2. 兩末端的相互作用提高mRNA穩定性 PABP和CBP的相互作用不但能促進(jìn)高效翻譯起始,而且在維持mRNA的完整性方面也起著(zhù)重要作用〔4、9〕。
在酵母和哺乳動(dòng)物中,mRNA在降解時(shí),去polyA的反應發(fā)生于去帽子之前。polyA首先降解導致PABP從mRNA上釋放,隨著(zhù)PABP的釋放,5′端帽子被去帽子酶DcplP切掉,整個(gè)mRNA也迅速被5′→3′RNA核糖體外切酶XrnlP降解。
PABP從mRNA上的釋放使5′端帽子易受攻擊,PABP在此過(guò)程中起了保護作用。PABP能增強植物eEF4F和帽子結構的結合,說(shuō)明PABP是以eIF4G。
基因沉默是存在于轉錄或轉錄后水平。 至于名稱(chēng)之類(lèi)滴,在我之前就有人回答了~[個(gè)人認為基因沉默不等于RNA干擾!,現在只能說(shuō)轉錄后水平的基因沉默與RNAi在分子層上是同一現象]
轉錄后水平是:控制蛋白質(zhì)合成的基因在RNA合成后開(kāi)始。
基因沉默的原因是組蛋白修飾,創(chuàng )造一種環(huán)境的異染色質(zhì)圍繞一個(gè)基因,使其無(wú)法進(jìn)入的轉錄機制( RNA聚合酶,轉錄因子等)。
轉錄后基因沉默的原因是基因的某個(gè)特定基因被破壞或阻礙。銷(xiāo)毀mRNA翻譯,以防止形成一個(gè)活躍的基因產(chǎn)物(在大多數情況下,是一種蛋白) 。含有共同機制的是:轉錄后基因沉默與RNA干擾。
這兩個(gè)轉錄和轉錄后基因沉默是用來(lái)調節內源性基因。機制的基因沉默也保護生物的基因組轉座子和病毒。因此,基因沉默可能是一種古老的免疫系統的保護等傳染病的DNA分子。
基因沉默的DNA甲基化在減數分裂,如絲狀菌粗糙脈。
======關(guān)于RNAi的定義=======
目前對RNAi (RNA interference)的定義有很多種,不同的資料對其定義的側重點(diǎn)也不盡相同,如果將RNAi看作一種生物學(xué)現象,可以有以下定義:
① RNAi是由dsRNA介導的由特定酶參與的特異性基因沉默現象,它在轉錄水平、轉錄后水平和翻譯水平上阻斷基因的表達。
② RNAi是有dsRNA參與指導的,以外源和內源mRNA為降解目標的轉基因沉默現象。具有核苷酸序列特異性的自我防御機制,是一種當外源基因導入或病毒入侵后,細胞中與轉基因或入侵病毒RNA同源的基因發(fā)生共同基因沉默的現象。
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如果將其作為一門(mén)生物技術(shù),則定義為 :
① RNAi 是指通過(guò)反義RNA與正鏈RNA 形成雙鏈RNA 特異性地抑制靶基因的現象,它通過(guò)人為地引入與內源靶基因具有相同序列的雙鏈RNA(有義RNA 和反義RNA) ,從而誘導內源靶基因的mRNA 降解,達到阻止基因表達的目的。
② RNAi是指體外人工合成的或體內的雙鏈RNA(dsRNA)在細胞內特異性的將與之同源的 mRNA降解成21nt~23nt 的小片段,使相應的基因沉默。
③ RNAi是將與靶基因的mRNA 同源互補的雙鏈RNA(dsRNA ) 導入細胞,能特異性地降解該mRNA ,從而產(chǎn)生相應的功能表型缺失, 屬于轉錄后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。
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可以在信號-基因-mRNA-蛋白4階段抑制:
信號:激活該基因的抑制基因。
信號:加入抑制該基因的蛋白。
基因:加入抑制該基因的化學(xué)品 。加入抑制該基因的siRNA。
mRNA:加入促進(jìn) mRNA 降解的siRNA 等
蛋白:加入促進(jìn)蛋白降解或阻斷蛋白成熟的分子。
以上只談到加法, 還可以用減法
如: 信號:去處激活該基因的蛋白。
這樣一共可以有多于10種 辦法。
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反義RNA,根據反義RNA的作用機制可將其分為3類(lèi)
Ⅰ類(lèi):這類(lèi)反義RNA直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或編碼區,引起翻譯的直接抑制(ⅠA類(lèi))或與靶mRNA結合后引起該雙鏈RNA分子對RNA酶Ⅲ的敏感性增加,使其降解(ⅠB類(lèi)).
Ⅱ類(lèi):這類(lèi)反義RNA與mRNA的SD序列的上游非編碼區結合,從而抑制靶mRNA的翻譯功能.其作用機制尚不完全清楚,可能是反義RNA與靶mRNA的上游序列結合后會(huì )引起核糖體結合位點(diǎn)區域的二級結構發(fā)生改變,因而阻止了核糖體的結合.
Ⅲ類(lèi):這類(lèi)反義RNA可直接抑制靶mRNA的轉錄.
RNAi (RNA interference) 即RNA干涉,是近年來(lái)發(fā)現的在生物體內普遍存在的一種古老的生物學(xué)現象,是由雙鏈RNA(dsRNA)介導的、由特定酶參與的特異性基因沉默現象,它在轉錄水平、轉錄后水平和翻譯水平上阻斷基因的表達。RNAi 廣泛存在于從真菌到高等植物、從無(wú)脊椎動(dòng)物到哺乳動(dòng)物各種生物中。同時(shí)作為一項新興生物技術(shù),RNAi有著(zhù)廣泛的應用前景。本文主要論述了RNAi的發(fā)現、RNAi 的機理、RNAi的作用特點(diǎn)以及RNAi 的應用前景。
1.RNAi的定義
目前對RNAi (RNA interference)的定義有很多種,不同的資料對其定義的側重點(diǎn)也不盡相同,如果將RNAi看作一種生物學(xué)現象,可以有以下定義:① RNAi是由dsRNA介導的由特定酶參與的特異性基因沉默現象,它在轉錄水平、轉錄后水平和翻譯水平上阻斷基因的表達。② RNAi是有dsRNA參與指導的,以外源和內源mRNA為降解目標的轉基因沉默現象。具有核苷酸序列特異性的自我防御機制,是一種當外源基因導入或病毒入侵后,細胞中與轉基因或入侵病毒RNA同源的基因發(fā)生共同基因沉默的現象。
如果將其作為一門(mén)生物技術(shù),則定義為:① RNAi 是指通過(guò)反義RNA與正鏈RNA 形成雙鏈RNA 特異性地抑制靶基因的現象,它通過(guò)人為地引入與內源靶基因具有相同序列的雙鏈RNA(有義RNA 和反義RNA) ,從而誘導內源靶基因的mRNA 降解,達到阻止基因表達的目的。② RNAi是指體外人工合成的或體內的雙鏈RNA(dsRNA)在細胞內特異性的將與之同源的 mRNA降解成21nt~23nt 的小片段,使相應的基因沉默。③ RNAi是將與靶基因的mRNA 同源互補的雙鏈RNA(dsRNA ) 導入細胞,能特異性地降解該mRNA ,從而產(chǎn)生相應的功能表型缺失, 屬于轉錄后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。
各種不同定義雖然說(shuō)法不同,但所描述事實(shí)是大體相同的,簡(jiǎn)單地可以說(shuō),RNAi就是指由RNA介導的基因沉默現象。
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