人体寄生虫分子生物学与免疫学研究进展

1、“动物学研究动物学研究”系列讲座系列讲座 厦厦 门门 大大 学学 生生 命命 科科 学学 学学 院院 1 1 概述：概述： 人体寄生虫学定义人体寄生虫学定义 人体寄生虫学（人体寄生虫学（human parasitology）是研究与）是研究与 人体健康有关的寄生虫的形态、生活史、致病、实验人体健康有关的寄生虫的形态、生活史、致病、实验 诊断方法、流行因素与防治措施的科学，是预防医学诊断方法、流行因素与防治措施的科学，是预防医学 和临床医学的一门基础学科。和临床医学的一门基础学科。 按动物分类系统分类，人体寄生虫隶属于动物界的五个门：按动物分类系统分类，人体寄生虫隶属于动物界的五个门： 原生动物

2、门原生动物门（Phylum Protozoa)原虫原虫 扁形动物门扁形动物门（Phylum Platyhelminthes)吸虫、绦虫吸虫、绦虫 线形动物门线形动物门（Phylum Nemathelminthes)蛔虫蛔虫 棘头动物门棘头动物门（Phylum Acanthocephala)棘头虫棘头虫 节肢动物门节肢动物门 (Phylum Arthropoda)医学昆虫医学昆虫 习惯上分为：原虫、蠕虫习惯上分为：原虫、蠕虫(吸虫、绦虫、线虫吸虫、绦虫、线虫)、医、医 学昆虫三大类。学昆虫三大类。 2 2 人体寄生虫分类人体寄生虫分类 现代热带病现代热带病 （WHO 2000） u 疟疾疟疾 （

3、malaria） 感染人数感染人数4亿亿4.9亿；每年死亡人数亿；每年死亡人数220250万。万。 u 血吸虫病血吸虫病 （schistosomiasis） 流行于流行于76个国家，个国家，5亿亿6亿人口受威胁，亿人口受威胁， 2 亿人亿人 感染，每年死亡人口感染，每年死亡人口50100万。万。 u 丝虫病丝虫病（淋巴和盘尾丝虫病（淋巴和盘尾丝虫病 filariasis) 流行于流行于80多个国家，多个国家，1.45亿人感染。亿人感染。 3 3 寄生虫的危害性寄生虫的危害性 l利什曼病利什曼病（leishmaniasis）现感染人口）现感染人口1200 万人万人 l锥虫病（非洲和美洲锥虫锥虫病

4、（非洲和美洲锥虫 trypanosomiasis） 单单美洲锥虫感染者单单美洲锥虫感染者1800万。万。 l麻风病麻风病 （leprosy） l结核病结核病 （tuberculosis） l登革热登革热 （date-fever） 媒介昆虫传染的疾病媒介昆虫传染的疾病 4 4 背景：背景： 动物寄生虫的分子生物学研究始于动物寄生虫的分子生物学研究始于20世纪世纪90 年代中期，虽然起步较晚，但进展极快。近年代中期，虽然起步较晚，但进展极快。近10年年 来，研究广度已涉及所有重要的寄生原虫，并已来，研究广度已涉及所有重要的寄生原虫，并已 扩展到了具有重要公共卫生意义的部分寄生蠕虫，扩展到了具有重要

5、公共卫生意义的部分寄生蠕虫， 研究深度已进入寄生虫的基因序列测定分析、分研究深度已进入寄生虫的基因序列测定分析、分 类比对鉴定、诊断方法的建立和免疫学研究领域，类比对鉴定、诊断方法的建立和免疫学研究领域， 建立了近建立了近50种寄生虫的种寄生虫的cDNA文库。文库。 5 5 意义：意义： 揭示生命科学的规律。揭示生命科学的规律。 为动物寄生虫病的研究和防控工作展示了新为动物寄生虫病的研究和防控工作展示了新 的前景。的前景。 1. 1. 寄生虫的基因组成和特点寄生虫的基因组成和特点 相对于高等脊椎动物相对于高等脊椎动物, ,寄生虫基因组除了核寄生虫基因组除了核( (染染 色体色体)DNA)DNA

6、之外之外, ,还有线粒体还有线粒体(mitochondrian)DNA(mitochondrian)DNA、 动基体动基体(kineto-plast)DNA(kineto-plast)DNA（利什曼原虫，分类和利什曼原虫，分类和 临床诊断）临床诊断）和质体和质体(plastid)DNA (plastid)DNA （顶复门寄生虫，（顶复门寄生虫， 如：疟原虫、弓形虫、巴贝虫和艾美球虫，分类和临床如：疟原虫、弓形虫、巴贝虫和艾美球虫，分类和临床 诊断）诊断）等。在一些低等的寄生原虫中等。在一些低等的寄生原虫中, ,甚至没有甚至没有 成型的线粒体成型的线粒体DNA,DNA,如某些阿米巴除了染色体如某

7、些阿米巴除了染色体DNADNA 外外, ,只有类似细菌质粒的环状只有类似细菌质粒的环状DNADNA和胞质和胞质DNADNA。 基因组大小基因组大小: :寄生虫染色体基因组的大小差别较大寄生虫染色体基因组的大小差别较大, , 其中其中, ,微孢子虫微孢子虫MicrosporidiaMicrosporidia基因组的大小不到基因组的大小不到 10 Mb,10 Mb,在整个真核生物中最小在整个真核生物中最小; ;血吸虫基因组为血吸虫基因组为 270 Mb,270 Mb,相当于人类基因组的相当于人类基因组的1/101/10 重复序列：高度、中度和单拷贝重复序列重复序列：高度、中度和单拷贝重复序列, ,

8、 不同的不同的 寄生虫重复序列所占的比例不同寄生虫重复序列所占的比例不同 碱基含量碱基含量: :寄生虫基因组碱基寄生虫基因组碱基G+CG+C含量在含量在30% - 40%30% - 40%之之 间间,AT,AT含量丰富含量丰富 线粒体线粒体DNADNA： 线粒体线粒体DNADNA具有母系遗传和快速进化的特点具有母系遗传和快速进化的特点, ,较染色体较染色体DNADNA更易更易 反映种、株乃至型间差异反映种、株乃至型间差异, ,由于具有较好的稳定性由于具有较好的稳定性, ,因此通常被因此通常被 用来评价物种的种系发生。目前已对血吸虫、恶性疟原虫、弓用来评价物种的种系发生。目前已对血吸虫、恶性疟原

9、虫、弓 形虫、单殖吸虫形虫、单殖吸虫( (Microcotyle sebastis, G. thymalli, G. salaris, Microcotyle sebastis, G. thymalli, G. salaris, G. derjavin-oidesG. derjavin-oides) )、血吸虫、血吸虫( (S. japonicum, S. mekongi, S. S. japonicum, S. mekongi, S. mansoni, S.haematobium, S. spindalemansoni, S.haematobium, S. spindale) )、肝片吸虫、

10、肝片吸虫Fasciola Fasciola hepaticahepatica、卫氏并殖吸虫、卫氏并殖吸虫ParagonimuswestermaniParagonimuswestermani及绦虫及绦虫 ( (Hymenolepis diminuta,Taenia asiatica, T. solium, T. crassiceps, Hymenolepis diminuta,Taenia asiatica, T. solium, T. crassiceps, E. multilocularis, E. granulosusE. multilocularis, E. granulosus) )等

11、多种寄生虫的全线粒体基因等多种寄生虫的全线粒体基因 组作了测序分析组作了测序分析(Littlewoodet al., 2006; Valles Valles Parket al., 2007; Plaisanceetal., 2007; 2006; Parket al., 2007; Plaisanceetal., 2007; Huyseetal., 2007Huyseetal., 2007、2008)2008)。 2.2.寄生虫基因组测序现状寄生虫基因组测序现状 目前寄生虫基因组测出的序列主要分目前寄生虫基因组测出的序列主要分3 3类类: : A.A.完整或接近完整的基因组序列完整或接近完整

12、的基因组序列, ,主要是可读框区主要是可读框区 的重复序列的重复序列, ,通常用重叠群通常用重叠群(contigs)(contigs)表示表示; ; B.B.基因组测序序列标签基因组测序序列标签(GSSs),(GSSs),主要有浏览基因组主要有浏览基因组 序列产生或随机克隆、细菌人工载体序列产生或随机克隆、细菌人工载体(BAC)(BAC)末末 端序列端序列, ,用来扩增大片段的用来扩增大片段的DNADNA（200 kb200 kb左右左右);); C.C.表达序列标签表达序列标签(ESTs),(ESTs),由由mRNAmRNA转录产生的转录产生的cDNA,cDNA, 并扩增后进行的测定序列。并

13、扩增后进行的测定序列。 已经完成基因组测序的寄生虫包括恶性疟原虫、约氏疟原虫已经完成基因组测序的寄生虫包括恶性疟原虫、约氏疟原虫P. yoeliiP. yoelii、马来布鲁线虫、马来布鲁线虫 Brugia malayiBrugia malayi、克氏锥虫、克氏锥虫T. cruziT. cruzi、小隐孢子虫、小隐孢子虫Cryptosporidium parvumCryptosporidium parvum及冈及冈 比亚按蚊比亚按蚊Anopheles gambiaeAnopheles gambiae等的基因组全序列等的基因组全序列 意义： 基因组分析过程中发现了大约基因组分析过程中发现了大约2

14、00200种蛋白的基因，种蛋白的基因， 这些蛋白质参与了免疫逃避。以前的研究显示，在某这些蛋白质参与了免疫逃避。以前的研究显示，在某 种复杂的掩护机制之下，寄生虫通过在细胞表面表达种复杂的掩护机制之下，寄生虫通过在细胞表面表达 不同的蛋白质来逃避宿主的免疫反应。不同的蛋白质来逃避宿主的免疫反应。 发现编码参与代谢途径蛋白的基因，虫体存在而人发现编码参与代谢途径蛋白的基因，虫体存在而人 体不存在的特有途径中的基因是潜在的药物靶标。体不存在的特有途径中的基因是潜在的药物靶标。 比较恶性疟原虫与疟原虫其他种的序列，可以阐比较恶性疟原虫与疟原虫其他种的序列，可以阐 明特定株特异性的基因和生理过程。或者

15、比较恶明特定株特异性的基因和生理过程。或者比较恶 性疟原虫不同株的序列，可以快速地鉴定与免疫、性疟原虫不同株的序列，可以快速地鉴定与免疫、 发病机制和人侵有关的变异。发病机制和人侵有关的变异。 通过功能基因组高通量技术进行大规模的实验。通过功能基因组高通量技术进行大规模的实验。 设计设计DNADNA微阵列检测基因的表达。例如，分离不同微阵列检测基因的表达。例如，分离不同 时期的时期的DNADNA微阵列，确定基因的表达变化，对于特微阵列，确定基因的表达变化，对于特 别重要的基因可用敲除或修饰的方法来确定功能。别重要的基因可用敲除或修饰的方法来确定功能。 枯氏锥虫枯氏锥虫DNA复制和修复机器复制和

16、修复机器 ; 布氏锥虫布氏锥虫代谢的途径和一些细胞生物学代谢的途径和一些细胞生物学 ; 硕大利什曼原虫硕大利什曼原虫不寻常的基因表达等问题；不寻常的基因表达等问题； 基因组都是单倍体，长度从基因组都是单倍体，长度从25到到55Mb大小不等；大小不等； 多数基因都以长且定向的聚集方式组合在一起，多数基因都以长且定向的聚集方式组合在一起， 暗示主要是以多顺反子地形式进行转录，随后被暗示主要是以多顺反子地形式进行转录，随后被 切割成单独的切割成单独的mRNA分子。分子。 在三个基因组中很少发现表达转录因子在三个基因组中很少发现表达转录因子 的基因存在，但高表达一些含有的基因存在，但高表达一些含有RN

17、A结合结合 基序的蛋白质。这些观察结果支持了先前基序的蛋白质。这些观察结果支持了先前 的观点，就是锥虫基因表达的调控主要发的观点，就是锥虫基因表达的调控主要发 生在转录后水平。生在转录后水平。 缺乏转录水平的精确调控带来了一个有趣缺乏转录水平的精确调控带来了一个有趣 的结果：的结果： 只有通过基因的复制或扩增来增只有通过基因的复制或扩增来增 加表达水平的提高。加表达水平的提高。 从从DNA复制和修复的角度来看，锥虫类和复制和修复的角度来看，锥虫类和 真核生物的其他生物区别很大。基因组不包含真核生物的其他生物区别很大。基因组不包含 牵涉到应对氧胁迫的基因；复制起始装置更像牵涉到应对氧胁迫的基因；

18、复制起始装置更像 古菌，而非真核生物（生物学和进化学上的兴古菌，而非真核生物（生物学和进化学上的兴 趣趣 ）。）。 锥虫类特异性蛋白激酶，类细菌的线粒体锥虫类特异性蛋白激酶，类细菌的线粒体 DNA聚合酶，以及特殊的表面蛋白修饰都可以聚合酶，以及特殊的表面蛋白修饰都可以 作为潜在的药物靶位点。作为潜在的药物靶位点。 编码基因编码基因13469个个,其中有首次发现的与血吸其中有首次发现的与血吸 虫感染宿主密切相关的弹力蛋白酶基因。日本血虫感染宿主密切相关的弹力蛋白酶基因。日本血 吸虫一方面丢失了很多与营养代谢相关的基因吸虫一方面丢失了很多与营养代谢相关的基因, 如脂肪酸、氨基酸、胆固醇和性激素合成

19、基因等如脂肪酸、氨基酸、胆固醇和性激素合成基因等, 这些营养物质必须从哺乳动物宿主获得这些营养物质必须从哺乳动物宿主获得;另一方另一方 面面,扩充了许多有利于蛋白消化的酶类基因家族扩充了许多有利于蛋白消化的酶类基因家族 的成员。的成员。 与宿主相互作用蛋白。与宿主相互作用蛋白。 Wellcome Trust Sanger Institute 原虫：疟原虫、利什曼原虫、锥虫、弓形虫、孢子虫原虫：疟原虫、利什曼原虫、锥虫、弓形虫、孢子虫 蠕虫：包括蛔虫、肝包虫、马来丝虫，捻转血矛线虫，管圆线虫蠕虫：包括蛔虫、肝包虫、马来丝虫，捻转血矛线虫，管圆线虫 绦虫丢失了绦虫丢失了homeobox 基因和一些

20、干细基因和一些干细 胞关键基因如胞关键基因如piwi蛋白基因，同时也发现热蛋白基因，同时也发现热 休克蛋白休克蛋白70和其他一些抗原基因存在种特异和其他一些抗原基因存在种特异 性扩增。性扩增。 比较结果发现，绦虫存在特异的解毒途比较结果发现，绦虫存在特异的解毒途 径，以及依赖宿主营养物质的代谢方式。确径，以及依赖宿主营养物质的代谢方式。确 定了现有药物可能的作用靶点，为研发高效定了现有药物可能的作用靶点，为研发高效 新疫苗和新药物提供理论支持，给有效预防新疫苗和新药物提供理论支持，给有效预防 和控制绦虫病带来新的希望。和控制绦虫病带来新的希望。 第三代测序技术第三代测序技术 它实现了DNA聚合

21、酶内在自身的 反应速度，一秒可以测10个碱基， 是化学法测序的2万倍。 它实现了DNA聚合酶内在自身的延 续性，一个反应就可以测非常长的 序列。 二代测序现在可以测到上百 个碱基，但是三代测序现在就可以 测几千个碱基。 精度高，达到99.9999%。 定义：定义： 微卫星微卫星DNA(microsatellite DNA),DNA(microsatellite DNA),又称短小串连重又称短小串连重 复序列复序列(short tandem repeats,STR)(short tandem repeats,STR)或简单重复序或简单重复序 列列(simple repeats sequence,

22、SRS(simple repeats sequence,SRS或或SSR)SSR)。相对于。相对于 卫星序列和小卫星序列卫星序列和小卫星序列, ,微卫星的重复序列更短微卫星的重复序列更短, ,一般一般 只有只有1 bp6 bp1 bp6 bp、长度仅为几百个、长度仅为几百个bpbp的位点。微卫星的位点。微卫星 重复类型有两种重复类型有两种, ,即单核苷酸即单核苷酸(A/T(A/T、C/GC/G等等) )和和4 4种二核种二核 苷酸苷酸(AT/TA(AT/TA、AG/TCAG/TC、TG/ACTG/AC、CG/GC)CG/GC)。AC/TGAC/TG约占约占 50%50%以上以上, ,三、四核苷

23、酸重复类型和其他类型的要少一些。三、四核苷酸重复类型和其他类型的要少一些。 优点：优点： 微卫星微卫星DNADNA具有具有RFLPRFLP、SSLPSSLP、RAPDRAPD等遗传标记技术等遗传标记技术 无法比拟的优势无法比拟的优势 种类分布广泛、高度多态性、杂合性、重组率低种类分布广泛、高度多态性、杂合性、重组率低, , 在群体中变异范围大、长度多态性丰富、高度个在群体中变异范围大、长度多态性丰富、高度个 体特异性、基因组中且分布比较均匀体特异性、基因组中且分布比较均匀 基因片段小、容易操作基因片段小、容易操作 遵循孟德尔共显性遗传规律、能提供众多有高度遵循孟德尔共显性遗传规律、能提供众多有

24、高度 遗传信息的新的多态性标记遗传信息的新的多态性标记 意义：意义： 微卫星微卫星DNADNA多态性标记被应用于动植物遗传育种、遗传多态性标记被应用于动植物遗传育种、遗传 图谱的构建、群体遗传学研究、疾病相关基因、免图谱的构建、群体遗传学研究、疾病相关基因、免 疫和遗传变异机制的研究。疫和遗传变异机制的研究。 寄生虫与宿主在进化过程中的相互关寄生虫与宿主在进化过程中的相互关 系系, ,为阐明寄生虫的进化史提供更有价值为阐明寄生虫的进化史提供更有价值 的依据的依据; ;宿主对寄生虫免疫机制宿主对寄生虫免疫机制; ;抗药性虫抗药性虫 株的变异机制及寄生虫药物的筛选株的变异机制及寄生虫药物的筛选;

25、;影响影响 寄生虫流行和传播的因素寄生虫流行和传播的因素, ,这些因素如何这些因素如何 导致变异等方面。导致变异等方面。 定义：定义： 反式剪接最早发现于锥虫反式剪接最早发现于锥虫(Trypanosome)(Trypanosome)可变表可变表 面糖蛋白面糖蛋白(VSG)(VSG)基因中。基因中。VSGVSG基因转录后成熟基因转录后成熟mRNA mRNA 55端端35 bp35 bp是其基因中没有的是其基因中没有的, ,这段序列来自另外这段序列来自另外 一基因的小外显子一基因的小外显子(mini exon)(mini exon)或或SL (spliced SL (spliced leader)

26、,leader),这段外来的序列与这段外来的序列与VSGVSG的的mRNA 5mRNA 5端接合端接合 形成成熟的形成成熟的mRNAmRNA。这种由来自不同基因。这种由来自不同基因mRNAmRNA通过通过 剪接形成成熟剪接形成成熟mRNAmRNA的剪接方式称为反式剪接。的剪接方式称为反式剪接。 SL反式剪接广泛存在于低等真核生物中,虽然各种生物体SL RNA长度,SL DNA长度,SL基因拷贝 数不尽相同,但SL RNA及SL反式剪接的现象已被广泛证明,而且越来越多的研究者在关注 和应用这一生物现象。 反式剪接与顺式剪接有相似之处也有不同之处。相同的是它们中反式剪接与顺式剪接有相似之处也有不同

27、之处。相同的是它们中 都存在典型的剪接位点都存在典型的剪接位点, ,都需要同样的都需要同样的snRNPsnRNP来参与。来参与。 特点：特点： SL RNASL RNA长约长约100 bp,100 bp,其中有一其中有一SmSm样蛋白结合位点样蛋白结合位点, SL RNA, SL RNA的的SmSm样蛋白结合位点样蛋白结合位点 和和U6 SnRNAU6 SnRNA碱基配对可在体外进行碱基配对可在体外进行, ,推测这一反应可能吸引推测这一反应可能吸引SL RNASL RNA于剪接于剪接 体中体中, ,从而触发了这一反式剪接的进行。二级结构还有两个茎环结构。从而触发了这一反式剪接的进行。二级结构还

28、有两个茎环结构。 SL RNASL RNA高度甲基化形成帽子结构。突变高度甲基化形成帽子结构。突变SL RNASL RNA失去高度甲基化形成帽子结构失去高度甲基化形成帽子结构 的能力的能力, ,会导致不能正常地完成反式剪接。会导致不能正常地完成反式剪接。 反式剪接中至少两步需要有反式剪接中至少两步需要有SRSR蛋白的参与蛋白的参与, ,在在U2 SnRNPU2 SnRNP加到加到33端受体之前和端受体之前和 之后之后,SR,SR蛋白发挥重要作用。主要是通过蛋白发挥重要作用。主要是通过SRSR蛋白的蛋白的RSRS区磷酸化来触发已和区磷酸化来触发已和 U2 SnRNPU2 SnRNP结合的结合的S

29、L RNASL RNA反式剪接。反式剪接。 意义：意义： 应用应用SLSL保守序列作为基因标签来获得功能性基因或保守序列作为基因标签来获得功能性基因或 构建构建SL cDNASL cDNA文库。文库。SL cDNASL cDNA文库的构建和分析可能文库的构建和分析可能 为寄生虫免疫功能基因的为寄生虫免疫功能基因的筛选筛选，以及研究寄生虫的，以及研究寄生虫的 阶段特异性表达提供了更加方便、快捷的手段。阶段特异性表达提供了更加方便、快捷的手段。 SL RNASL RNA反式剪接可作为一种重要的修复反式剪接可作为一种重要的修复RNARNA外显外显 子突变的方法子突变的方法, ,将正常基因或具有类似功

30、能的基将正常基因或具有类似功能的基 因片段连接到因片段连接到SLSL序列上序列上, ,在在SLSL的引导下将正常的的引导下将正常的 RNARNA序列经反式剪接换下突变的部分序列经反式剪接换下突变的部分, ,达到修复达到修复 的目的。的目的。 原核生物不存在的细胞核原核生物不存在的细胞核, ,没有没有mRNAmRNA的后加工过程的后加工过程; ; 真核生物有细胞核真核生物有细胞核, ,转录初始转录初始mRNAmRNA要经过一系列的后要经过一系列的后 加工过程。而在低等真核生物中的初始加工过程。而在低等真核生物中的初始mRNAmRNA经反式经反式 剪接在剪接在55端加上含有高度甲基化的帽子结构端加

31、上含有高度甲基化的帽子结构(cap4)(cap4) 的的SL RNA,SL RNA,似乎与典型真核生物中似乎与典型真核生物中55端帽化很相似端帽化很相似, , 从进化角度从进化角度, ,这种反式剪接是一种进化过度形式这种反式剪接是一种进化过度形式, ,这这 种形式是从原始的一共同祖先进化而来种形式是从原始的一共同祖先进化而来, ,还是不同的还是不同的 群体各自进化而来还有待进一步研究。群体各自进化而来还有待进一步研究。 RNARNA干扰技术简介干扰技术简介 RNARNA干扰干扰(RNA interference, RNAi)(RNA interference, RNAi)是一种在真核是一种在真

32、核 生物中普遍存在的自身防御反应生物中普遍存在的自身防御反应, ,是内源或外是内源或外 源性双链源性双链RNA (double stranded RNA, dsRNA)RNA (double stranded RNA, dsRNA) 引起细胞内有效的特异基因关闭或基因沉默现引起细胞内有效的特异基因关闭或基因沉默现 象。象。 1. dsRNA1. dsRNA被被RNARNA酶酶家族中的双链家族中的双链RNARNA特特 异性核酸内切酶异性核酸内切酶DicerDicer特异性识别特异性识别, ,随随 后降解为后降解为21232123个核苷酸长度的个核苷酸长度的33末末 端突出端突出2 2个核苷酸的个

33、核苷酸的siRNA ( small siRNA ( small interfering RNA)interfering RNA)。 2. siRNA2. siRNA生成后融入一大分子多蛋白复生成后融入一大分子多蛋白复 合体合体RNARNA诱导沉默复合体诱导沉默复合体(RISC), (RISC), siRNAsiRNA随即解链为正义链和反义链。随即解链为正义链和反义链。 3. 3. 若目的若目的mRNAmRNA中有部分序列与中有部分序列与siRNAsiRNA的的 反义链互补反义链互补, ,则则siRNAsiRNA的反义链可与之的反义链可与之 互补配对并将互补配对并将mRNAmRNA在互补区的中间

34、部在互补区的中间部 分降解分降解, ,从而引起转录后的基因沉默。从而引起转录后的基因沉默。 dsRNA /siRNAdsRNA /siRNA介导途径介导途径 RNAiRNAi技术的特点技术的特点 高稳定性以高稳定性以33端突出端突出TTTT碱基的碱基的dsRNAdsRNA尤为稳尤为稳 定定, ,无需象反义核酸那样进行广泛的化学修饰以无需象反义核酸那样进行广泛的化学修饰以 提高半衰期。提高半衰期。 高度专一性即高度专一性即dsRNAdsRNA具有高度的特异性具有高度的特异性, ,它只它只 能引起与能引起与dsRNAdsRNA同源的基因表达活性大幅度降低同源的基因表达活性大幅度降低, , 即即RN

35、AiRNAi有同源基因依赖性。有同源基因依赖性。siRNAsiRNA除正义链除正义链33端端 的的3 3个碱基在序列识别中不起主要作用外个碱基在序列识别中不起主要作用外, ,其他单其他单 个碱基改变就可能使个碱基改变就可能使RNAiRNAi失效失效, ,而针对同源基因而针对同源基因 共有序列的共有序列的RNAiRNAi则导致同源基因共同失活。则导致同源基因共同失活。 RNAiRNAi技术的特点技术的特点 高效性高效性RNAiRNAi机制中存在催化或放大的步骤机制中存在催化或放大的步骤, , 少量的少量的dsRNAdsRNA分子就能完全抑制相应基因的表达分子就能完全抑制相应基因的表达, , 能在

36、低于反义核苷酸几个数量级的浓度下研究能在低于反义核苷酸几个数量级的浓度下研究 目标基因目标基因, ,比基因敲除更简单比基因敲除更简单, ,更快捷。而且更快捷。而且, ,那那 些在胚胎中敲除后导致死亡的基因些在胚胎中敲除后导致死亡的基因, ,也可以利用也可以利用 RNAiRNAi的方法在培养细胞中进行研究。的方法在培养细胞中进行研究。 高穿透性高穿透性RNAiRNAi抑制基因表达的效应可以穿过抑制基因表达的效应可以穿过 细胞界限细胞界限, ,在不同细胞间长距离传递和维持在不同细胞间长距离传递和维持, ,在在 线虫中干扰效应甚至可以传到后代去。线虫中干扰效应甚至可以传到后代去。 RNAiRNAi技

37、术鉴定技术鉴定 布氏锥虫基因布氏锥虫基因 功能功能 定义：定义： miRNAmiRNA是一类内源性非编码的小是一类内源性非编码的小RNARNA，在动物中来源于，在动物中来源于 长度约长度约70 bp70 bp90 bp90 bp的前体。前体经过双链的前体。前体经过双链RNARNA特特 异性的异性的RNase-DroshaRNase-Drosha及及RNase-DicerRNase-Dicer和和AGOAGO作用，作用， 最终形成最终形成18 nt18 nt22 nt22 nt长度的成熟，然后通过与靶长度的成熟，然后通过与靶 mRNA 3mRNA 3端非翻译区端非翻译区(UTR)(UTR)结合导

38、致靶基因翻译阻结合导致靶基因翻译阻 遏或者降解，实现转录后抑制调控。遏或者降解，实现转录后抑制调控。 1993年在秀丽新杆线虫中首次发现MicroRNA(miRNA)lin-4以及let-7，发现 为寄生虫的转录后调控研究提供了新的契机。 miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA之间的关系之间的关系 MiRNAMiRNA：是非编码的单链小分子：是非编码的单链小分子RNARNA，在进化上高度保守，通过，在进化上高度保守，通过 翻译抑制调控基因表达而不影响转录本的稳定性；翻译抑制调控基因表达而不影响转录本的稳定性；miRNAsmiRNAs通常通常 是由较大的（是由较大的（707090 nt90

39、 nt）的茎环结构（发夹结构）前体经）的茎环结构（发夹结构）前体经 DicerDicer酶切割得到的。酶切割得到的。miRNAsmiRNAs则广泛存在于哺乳动物细胞中，则广泛存在于哺乳动物细胞中， 从理论上推测可能参与多种调控作用。从理论上推测可能参与多种调控作用。 siRNAsiRNA：针对编码区的双链小分子：针对编码区的双链小分子RNARNA，每个转录本都可能有很，每个转录本都可能有很 多个多个siRNAssiRNAs，是通过降解目标靶，在转录后调控基因表达。也，是通过降解目标靶，在转录后调控基因表达。也 要经要经DicerDicer酶切割酶切割dsRNAdsRNA得到。哺乳动物细胞中还没

40、有找到内源得到。哺乳动物细胞中还没有找到内源 siRNAsiRNA。 血吸虫血吸虫Micro RNAMicro RNA XueXue等在日本血吸虫中发现了等在日本血吸虫中发现了5 5种新的种新的miRNAmiRNA，其中，其中4 4种具有保守性的种具有保守性的 miRNA(sja-let-7miRNA(sja-let-7，sja-miR-71sja-miR-71，sja-miR-125sja-miR-125和和sja-bantam)sja-bantam)，1 1种种 (sja-miR-new1)(sja-miR-new1)为血吸虫特有。对这为血吸虫特有。对这5 5种新的种新的miRNAmiRN

41、A在日本血吸虫在日本血吸虫6 6个发个发 育期中表达情况的分析表明，这些育期中表达情况的分析表明，这些miRNAmiRNA表现出高度的期特异性。表现出高度的期特异性。 let-7let-7：高度的期特异性；毛蚴期非常低，而胞蚴期为毛蚴期的：高度的期特异性；毛蚴期非常低，而胞蚴期为毛蚴期的1212倍，在倍，在 尾蚴期达到高峰。因此，推测尾蚴期达到高峰。因此，推测let-7let-7在中间宿主钉螺中与毛蚴至尾蚴的在中间宿主钉螺中与毛蚴至尾蚴的 发育调控相关。发育调控相关。 sja-miR-71sja-miR-71、sja-bantamsja-bantam：毛蚴期开始表达，尾蚴期达到高峰。而尾蚴：毛

42、蚴期开始表达，尾蚴期达到高峰。而尾蚴 是血吸虫的感染期，当尾蚴进入宿主动物细胞后，是血吸虫的感染期，当尾蚴进入宿主动物细胞后，sja-miR-71sja-miR-71的表达立的表达立 刻降到最低水平然后进入童虫期，并在此后的生命活动过程中始终保持刻降到最低水平然后进入童虫期，并在此后的生命活动过程中始终保持 在较低的水平。在较低的水平。sja-miR-71sja-miR-71在尾蚴期的表达量高于童虫期近在尾蚴期的表达量高于童虫期近10001000倍，倍， sja-bantamsja-bantam高达高达500500倍。表达量的变化与生活周期变化相关，与性别无倍。表达量的变化与生活周期变化相关，

43、与性别无 关。关。 蓝氏贾第鞭毛虫蓝氏贾第鞭毛虫Micro RNAMicro RNA 蓝氏贾第鞭毛虫是蓝氏贾第鞭毛虫是miRNAmiRNA研究中第一个经过克隆和实验验证的原虫。研究中第一个经过克隆和实验验证的原虫。 现在已经明确，蓝氏贾第鞭毛虫的至少现在已经明确，蓝氏贾第鞭毛虫的至少4 4种种miRNAmiRNA来源于细胞内来源于细胞内 的小核仁的小核仁RNA(Small nucleolar RNARNA(Small nucleolar RNA，snoRNA)snoRNA)。 起源于起源于snoRNAsnoRNA的具有的具有miRNAmiRNA功能的小功能的小RNARNA的发现扩展了寄生原虫的

44、的发现扩展了寄生原虫的 调节性小调节性小RNARNA的来源。该研究首次提出的来源。该研究首次提出miRNAmiRNA来源于来源于snoRNAsnoRNA， 而不是由而不是由miRNAmiRNA基因本身编码，意味着在基因本身编码，意味着在miRNAmiRNA介导的基因沉介导的基因沉 默过程中很可能有我们尚未发现的新途径。这种现象也意味默过程中很可能有我们尚未发现的新途径。这种现象也意味 着在寄生虫和宿主中起源于其它含量丰富的着在寄生虫和宿主中起源于其它含量丰富的RNARNA分子分子( (如如rRNArRNA， tRNAtRNA和和snRNA)snRNA)并且与并且与AGOAGO相关的小相关的小R

45、NARNA很可能也具有调节基因很可能也具有调节基因 表达的功能。表达的功能。 AGOAGO蛋白在贾第鞭毛虫发育过程中起重要作用，它可以特异性蛋白在贾第鞭毛虫发育过程中起重要作用，它可以特异性 地与地与m(7)G-m(7)G-帽子结合，从而协助帽子结合，从而协助miRNAmiRNA介导的转录抑制调控。介导的转录抑制调控。 在在DicerDicer的作用下，的作用下，snoRNA GlsR17snoRNA GlsR17被加工为被加工为26 nt26 nt大小的大小的 miRNA(miR2)miRNA(miR2)。荧光素酶。荧光素酶(Luciferase)(Luciferase)基因在其基因在其3

46、3端包含端包含6 6 个与个与miR2miR2作用位点一致的序列，将该酶的作用位点一致的序列，将该酶的mRNAmRNA与人工合成与人工合成 的的miR2miR2共同温育，则导致荧光素酶的表达量下降共同温育，则导致荧光素酶的表达量下降40%40%，而，而 mRNAmRNA的稳定性并不受影响。因此，的稳定性并不受影响。因此，miRNAmiRNA的转录调控很可能的转录调控很可能 是通过翻译阻遏而不是是通过翻译阻遏而不是mRNAmRNA降解完成的。降解完成的。 另一方面，另一方面，DicerDicer基因的沉默则会导致细胞中基因的沉默则会导致细胞中snoRNAsnoRNA不能被分不能被分 解，相应解，

47、相应miRNAmiRNA在细胞中的含量急剧降低。同时变异表面糖在细胞中的含量急剧降低。同时变异表面糖 蛋白蛋白(Variant surface glycoprotein(Variant surface glycoprotein，VSG)VSG)表达不受限制，表达不受限制， 由单一表达变成多表达，表明调节蓝氏贾第虫的抗原变异由单一表达变成多表达，表明调节蓝氏贾第虫的抗原变异 是是miRNAmiRNA的沉默调节功能之一。的沉默调节功能之一。 定义：定义： 热激蛋白（热激蛋白（Heat shock proteinsHeat shock proteins，HSPsHSPs）是指所有原核生物）是指所有原

48、核生物 和真核生物在生长发育或受到不同理化及病理因素刺激时，和真核生物在生长发育或受到不同理化及病理因素刺激时， 机体内新合成或表达量增加的一组蛋白质家族，属非分泌机体内新合成或表达量增加的一组蛋白质家族，属非分泌 型蛋白质。热激蛋白是物种种系发生中结构和功能最为保型蛋白质。热激蛋白是物种种系发生中结构和功能最为保 守的一类蛋白质，同时也是分子伴侣（守的一类蛋白质，同时也是分子伴侣（Molecular Molecular chaperonechaperone）中最重要的一类蛋白。热激蛋白的主要生物）中最重要的一类蛋白。热激蛋白的主要生物 学功能是帮助相关蛋白质的折叠（学功能是帮助相关蛋白质的折

49、叠（FoldingFolding）、移位）、移位 （TranslocationTranslocation）、复性（）、复性（RenaturationRenaturation）和降解）和降解 （DegradationDegradation），以保护生物体细胞免受内外不良因素），以保护生物体细胞免受内外不良因素 的损害。的损害。 作用机理：作用机理： 热激蛋白通常在细胞应激时产生，其表达非常迅速。应激因热激蛋白通常在细胞应激时产生，其表达非常迅速。应激因 素包括高温、缺氧、缺血、素包括高温、缺氧、缺血、Ca2+Ca2+含量增高、癌症和局部损含量增高、癌症和局部损 伤感染等多种有害因素，这些因素引发

50、细胞的应激反应，伤感染等多种有害因素，这些因素引发细胞的应激反应， 使原本在正常情况下以单体形式与阻遏蛋白结合而不能结使原本在正常情况下以单体形式与阻遏蛋白结合而不能结 合到热激元件（合到热激元件（Heat shock elementHeat shock element，HSEHSE，即在热激蛋，即在热激蛋 白基因转录中起调控作用的白基因转录中起调控作用的DNADNA序列）上的热激因子序列）上的热激因子 （Heatshock factorHeatshock factor，HSFHSF，可识别热激元件）受刺激而，可识别热激元件）受刺激而 与阻遏蛋白分离，与热激元件特异结合，从而启动基因转与阻遏蛋

51、白分离，与热激元件特异结合，从而启动基因转 录。录。 寄生虫寄生虫HSPHSP： 在寄生虫感染宿主过程中，宿主因寄生虫的入侵而处于应在寄生虫感染宿主过程中，宿主因寄生虫的入侵而处于应 激状态，产生对虫体入侵起保护作用的激状态，产生对虫体入侵起保护作用的HSPsHSPs。而寄生。而寄生 虫在入侵宿主的过程中，由于环境温度和理化条件的虫在入侵宿主的过程中，由于环境温度和理化条件的 改变，生理和免疫因素的作用，使寄生虫虫体也处于改变，生理和免疫因素的作用，使寄生虫虫体也处于 应激状态，产生参与寄生虫分化、增强寄生虫毒力及应激状态，产生参与寄生虫分化、增强寄生虫毒力及 逃避宿主免疫作用的逃避宿主免疫作用的HSPsHSPs。多数寄生虫的。多数寄生虫的HSPsHSPs可作为可作为 免疫优势抗原，诱导宿主产生抗体。近年来对寄生虫免疫优势抗原，诱导宿主产生抗体。近年来对寄生虫 HSPsHSPs的研究热点主要集中在原虫、线虫、吸虫等的的研究热点主要集中在原虫、线虫、吸虫等的 HSP90HSP90、HSP70HSP70和和HSP60HSP60上，也部分涉及上，也部分涉及sHSPsHSP。 应用：应用： HSPsHSPs的许多特性显示其具有广阔的应用前景，如的许多特性显示其具有广阔的应用前景，如HSP7