据日本Mycomjournal网站消息,汤森路透集团于2011年1月19日发表《2010年技术创新报告》,就全球专利动态进.doc

RNA干扰在基因调控和生长发育过程中均起到重要作用,该技术对基础和临床医学的发展均有着深远的影响,为帮助读者更好地理解RNA干扰对医学发展的影响,我们特请英国南安普顿大学的徐云鹤博士对此进行了解读。 AndrewFire和CraigMello在蠕虫中发现RNA干扰(RNAi)机制后不到9年即被授予诺贝尔生理学或医学奖,这充分肯定了该科学发现在生物学和医学上的重要意义。RNAi的发现不仅揭示了一种在植物、动物和人体内普遍存在的生物学机制,更重要的是,其为研究基因功能提供了一种强有力的工具,为治疗疾病提供了一种潜在的新手段。 随着人类基因组全序列测序工作的完成,用基因工程学的方法修正或替换缺陷基因的基因疗法已成为基础和临床医学研究的热门课题。实施基因疗法的前提是了解疾病相关基因,并用特定技术,如基因敲除(knock-out)验证其功能。用RNAi技术进行基因敲除省时、省力、经济且简单易行,其大大提高了基因功能研究的速度,且必将促进基因疗法的发展。 多数药物的作用靶点为蛋白质,要研制这类药物必须对蛋白质的功能和结构有深入了解,而研制以mRNA为靶点的RNAi疗法则不会受制于蛋白质结构研究的进展。RNAi在低等生物中是一种抵抗病毒感染的重要机制,但其在人体抗病毒感染中的作用尚有待研究。 用化学方法合成的2123个核苷酸的双链RNA(siRNA)和以质粒或病毒为载体的siRNA表达系统都可在人或动物细胞中诱发RNAi,如能用此方法将某种关键病毒蛋白的合成或癌基因的表达抑制或阻断,病毒感染或癌症即可被控制。已有研究结果显示,RNAi可抑制人类免疫缺陷病毒(HIV)在体外培养的人体细胞中的复制和致病作用,还可抑制严重急性呼吸综合征(SARS)病毒在细胞内的复制,用RNAi技术抑制癌细胞生成的研究也取得了令人鼓舞的结果。此外,RNAi技术在治疗神经、心血管和内分泌疾病的研究方面也逐步开展起来。鉴于RNAi在控制机体发育和细胞分化中的作用,有学者预言,有效的RNAi疗法将在10年内问世。 虽然以RNAi为基础的疗法已进入临床试验阶段,但目前尚无成功的报道。阻碍RNAi技术用于临床的主要因素有二,其一是缺乏将RNAi安全、高效地导入靶器官、组织或细胞的技术,其二则是,RNAi的特异性不及预期。RNAi的靶外作用可能是因siRNA与非靶mRNA分子的部分核苷酸序列一致或其直接作用于mRNA的3-非翻译区导致的。现已有研究表明,经化学修饰的siRNA特异性和稳定性均有所提高。 总之,人们目前对RNAi机制的认识也许只是冰山一角,RNAi技术对医学的影响也仅仅是霞光初露。 2006年诺贝尔生理学或医学奖颁予RNA干扰发现者 AndrewZ.Fire生于1959年,1983年于美国麻省理工学院获生物学博士学位,现任美国斯坦福大学医学院病理与遗传学教授。 CraigC.Mello生于1960年,1990年于美国哈佛大学获生物学博士学位,现任美国马萨诸塞大学医学院分子医学教授。 2006年10月2日,瑞典卡罗琳斯卡研究院颁发了本年度诺贝尔生理学或医学奖,美国斯坦福大学医学院的AndrewZ.Fire和马萨诸塞大学医学院的CraigC.Mello因发现一种全新的基因调控方式RNA干扰(RNAi)而获此殊荣。 他们发现,双链RNA会使与之同源的基因沉默,并将这种作用命名为RNAi。这种生化机制在细胞的基本活动中扮演着重要角色,植物、动物和人体组织中均可见到RNAi这种特殊的基因表达控制方式。RNAi可抵抗RNA病毒感染(尤其是在植物和无脊椎动物中),并可削弱跳跃基因(jumpinggene)即转座子(transponson)对基因组的影响。现在该技术已经被广泛用于对基因功能的研究,并可能在未来发展成为一种新的治疗方法。 细胞中的信息流:DNAmRNA蛋白质 众所周知,DNA是多数生物的遗传物质,DNA中所包含的遗传信息首先将被准确无误地转录为mRNA,后者再通过核糖体将特定遗传信息翻译为相应的蛋白质,这种DNAmRNA蛋白质的基因信息流即为分子生物学的中心法则(图1)。 人类的基因组由约3万个基因组成,但对每个细胞而言,仅部分基因是有用的,换言之,仅部分基因需要表达。DNAmRNA的转录过程是控制基因表达的关键步骤,此外,该过程还受到多种细胞因子的调控。在从细菌到人的漫长进化过程中,各种生物的基因表达均遵循了同样的原则,这个原则也是基因技术的根本,人们根据这项原理,将特定DNA导入细胞,以使细胞表达相应的产物。 上世纪90年代,部分植物学家试图向牵牛花的基因组中引入红色素基因,以使花瓣的颜色加深,结果却发现,花瓣的颜色非但没有加深,反而全部消失并变为白色。当时无人能解释这种现象的原因,直至Fire和Mello有了新的发现。为此,他们获得了今年的诺贝尔奖。 RNAi的发现 mRNA的编码链被称作“正义”链,与之互补的mRNA链则被称作“反义”链。Fire和Mello给秀丽隐杆线虫分别注射编码一种肌肉蛋白质mRNA分子的正义或反义链后,线虫的行为均未受任何影响,而当他们同时给线虫注射正义和反义mRNA时,线虫出现了奇特的颤搐运动,这种运动与完全缺乏肌肉蛋白功能基因的线虫相同,这说明什么呢? 正义和反义RNA分子会结合在一起形成双链RNA分子。通过一系列简单而巧妙的实验,Fire和Mello推论,双链RNA分子确可导致基因沉默,他们将这种现象命名为RNAi。RNAi仅能使与外源RNA分子编码相匹配的基因沉默,且这种作用可在细胞间传播,甚至被遗传(图2)。 RNAi机制基因沉默 RNAi机制已被初步阐明:双链RNA会首先结合到一种蛋白质复合体(Dicer)上,后者会将其切割成片段,此后,另外一种蛋白质复合体(RISC)会与这些片段结合。有一条RNA链会被清除,而另外一条仍与RISC复合体结合的RNA链即成为探测mRNA分子的探针。当一条mRNA分子与RISC复合体上的RNA片段通过碱基配对的形式结合时,该mRNA分子便会被剪切并降解,其对应的基因也就沉默了(图3)。 RNAi对抗病毒和跳跃基因的防线 RNAi可有效对抗双链RNA病毒,当这种病毒感染细胞时,只要将编码它们基因组RNA序列的双链RNA分子注入细胞,病毒RNA便会被降解,从而使细胞得以存活。现已证实,植物、蠕虫和果蝇体内均存在这种抗病毒机制,但尚未在脊椎动物(包括人)体内发现这种抗病毒机制。 跳跃基因是可在基因组中移动的DNA序列,所有生物体中均有跳跃基因的存在,当它们插入特定基因序列时即会直接影响该基因表达。很多转座子首先将他们的DNA序列转录为RNA,再反转录为DNA并插入基因组的任意位置,这些RNA分子通常部分形成双链,因此可因RNAi被遏制。从这个角度讲,RNAi保护了基因组。 RNAi调控基因表达 RNAi不仅是线虫基因调控机制的重要组成部分,也是人类基因表达调控的重要因素。人类基因组中有数百种基因编码一种被称作microRNA的小RNA分子,microRNA的序列中包含其他基因的编码片段,这些microRNA分子可形成双链结构,并通过激活RNAi来阻断特定蛋白质的合成。现已证实,microRNA介导的基因调控在生物体发育和