RNAi基因组免疫学

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1、中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/RNAi基因组免疫学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n人和脊椎动物体内都存在着一种对抗外人和脊椎动物体内都存在着一种对抗外来病原微生物的系统，称之为免疫系统来病原微生物的系统，称之为免疫系统中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/htt

2、p:/n十八世纪末，英国乡村医生Edward Jenner 从挤奶女工那里获知，感染过毒性低的牛痘病毒就不会被天花病毒感染，于是他发明了牛痘疫苗。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n那那么么植植物物是是否否具具有有对对抗抗病病原原微微生生物物的的能能力？力？n n最最近近几几年年人人们们发发现现，植植物物细细胞胞可可以以通通过过降降解解病病毒毒RNA的的方方式式来来对对抗抗病病毒毒的的入入侵侵，称称为为转转录录后后沉沉默默（post-transcriptional gene silencing,PTGS）中国免疫学信息网中国免疫学信息网

3、中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n除转基因能诱导除转基因能诱导PTGS外，转入某些病毒外，转入某些病毒同样能够诱导，提示外源基因诱导的同样能够诱导，提示外源基因诱导的RNA沉默是植物对抗病毒和转座子的一沉默是植物对抗病毒和转座子的一个防御系统。个防御系统。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n十十多多年年前前，Jorgensen和和他他的的同同事事们们试试图图加加深深矮矮牵牵牛牛花花的的紫紫色色，就就将将一一个个强强启启动动子子控控制制下下的的色色素素基基因因转转入入，但但结结果果非非常常惊惊奇奇，许许多多花花

4、并并不不是是紫紫色色而而是是杂杂色色，甚至是白色。甚至是白色。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n nJorgensen称称 这这 种种 现现 象象 为为 共共 抑抑 制制（cosuppression），即即转转入入的的外外源源基基因因和和其其本本身身的的同同源源基基因因都都被被抑抑制制-出出现现基基因因沉沉默默（silencing），后后来来发发现现许许多多植植物物都都有有这种现象。这种现象。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信

5、息网http:/http:/n n1995年年，Guo等等想想利利用用反反义义RNA技技术术阻阻断断线线虫虫（C.elegans）中中的的par-1基基因因，但但却却得得到到了了一一个个意意想想不不到到的的结结果果。在在对对照照实实验验中中给给线线虫虫注注射射正正义义RNA（senseRNA）以以期期观观察察到到基基因因表表达达的的增增强强。但但得得到到的的结结果果是是二二者者都都同同样样地地切切断断了了par-1基基因因的的表表达达途径。途径。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n直直到到1998年年Fire等等首首次次揭揭开开这这个个

6、悬悬疑疑之之谜谜。他他们们证证实实，Guo等等遇遇到到的的正正义义RNA抑抑制制基基因因表表达达的的现现象象，以以及及过过去去的的反反义义RNA技技术术对对基基因因表表达达的的阻阻断断，都都是是由由于于体体外外转转录录所所得得RNA中污染了微量双链中污染了微量双链RNA而引起。而引起。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n当当他他们们将将体体外外转转录录得得到到的的单单链链RNA纯纯化化后后注注射射线线虫虫时时发发现现，基基因因抑抑制制效效应应变变得得十十分分微微弱弱，而而经经过过纯纯化化的的双双链链RNA却却正正好好相相反反，能能够够高

7、高效效特特异异性性阻阻断断相相应应基基因因的的表表达达，他他们们将将这这一一现现象象称称为为RNA干干预预（RNAinterference,简简称称RNAi）。）。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/Discovery of RNAiDouble-stranded RNAinjectC.elegansNeg.control UninjectedAntisense RNA dsRNAsenseantisenseNature 1998 391:806-811Mex-3 mRNA detection in embryos by in situ hy

8、bridization中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/Examples of RNAihairpin against pigmentGFP expressed in nucleiControl dsRNAGFP specific dsRNARed=silencing of GFP中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/ RNA干预的原理 n n体外实验表明：体外实验表明：RNAi反应中，加入的反应中，加入的dsRNA被切割为被切割为21-23个核苷酸长的个核苷酸长的RNA片段，后者会使目的片

9、段，后者会使目的mRNA被切割为被切割为21-23核苷酸长的片段。核苷酸长的片段。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n从已经发生从已经发生RNAi的果蝇的果蝇S2细胞中，细胞中，Hammond等人部分纯化了一种核酸酶等人部分纯化了一种核酸酶-Dicer，该核酸酶具有序列特异性，它仅降，该核酸酶具有序列特异性，它仅降解与引起解与引起RNAi的的dsRNA具有同源序列的具有同源序列的mRNA。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息

10、网http:/http:/n n当当dsRNA导入细胞后，被一种导入细胞后，被一种dsRNA特异特异的核酸内切酶识别，切割成的核酸内切酶识别，切割成21-23核苷酸长核苷酸长的小片段，这些片段可与该核酸酶的的小片段，这些片段可与该核酸酶的dsRNA结合结构域结合，并且作为模板识结合结构域结合，并且作为模板识别目的别目的mRNA。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n识别之后，识别之后，mRNA与与dsRNA的有义链发生的有义链发生链互换，原先链互换，原先dsRNA中的有义链被中的有义链被mRNA代替，从酶代替，从酶-dsRNA复合物中释放

11、出来，而复合物中释放出来，而mRNA则处于原先的有义链的位置。则处于原先的有义链的位置。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n核酸酶在同样位置对核酸酶在同样位置对mRNA进行切割，这样进行切割，这样又产生了又产生了21-23核苷酸长的核苷酸长的dsRNA小片段，小片段，与核酸酶形成复合物，继续对目的与核酸酶形成复合物，继续对目的mRNA进进行切割，从而使目的基因沉默，产生行切割，从而使目的基因沉默，产生RNAi现象。现象。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/中国免疫学信息网中国免疫学信息

12、网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/这种现象至少有三种机制：这种现象至少有三种机制：这种现象至少有三种机制：这种现象至少有三种机制：n n1 1、DicerDicer酶酶酶酶将将将将长长长长dsRNAdsRNA分分分分子子子子切切切切成成成成短短短短的的的的 初初初初级级级级 短短短短RNARNA（siRNAsiRNA）。）。）。）。n n2 2、siRNAsiRNA在在在在酶酶酶酶作作作作用用用用中中中中，可可可可多多多多次次次次应应应应用用用用，能能能能提提提提供供供供进一步放大。

13、进一步放大。进一步放大。进一步放大。n n3 3、短短短短RNAsRNAs可可可可作作作作为为为为靶靶靶靶mRNAmRNA的的的的引引引引物物物物，产产产产生生生生后后后后代代代代 次次次次级级级级siRNAssiRNAs（靶靶靶靶序序序序列列列列直直直直接接接接扩扩扩扩增增增增），并并并并且且且且这样启动一个这样启动一个这样启动一个这样启动一个RNARNA诱导的诱导的诱导的诱导的RNARNA聚合反应。聚合反应。聚合反应。聚合反应。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/RNAi与免疫作用的比较与免疫作用的比较n n脊脊椎椎动动物物的的免免疫疫系

14、系统统对对于于病病毒毒等等病病原原微微生生物物的的入入侵侵采采用用两两步步战战略略：通通过过基基因因重重排排，使使有有限限的的基基因因片片段段组组成成很很多多抗抗体体编编码码基基因因，各各种种抗抗体体编编码码基基因因分分布布在在大大量量细细胞胞之之中中。感感染染以以后后，通通过过克克隆隆选选择择和和相相应应细细胞胞的的扩扩增增，产产生生针针对对免免疫疫原原的的特特异性免疫应答。异性免疫应答。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n脊脊椎椎动动物物的的免免疫疫细细胞胞-T、B淋淋巴巴细细胞胞，在在早早期期发发育育阶阶段段通通过过阳阳性性和和阴

15、阴性性选选择择，将将能能识识别别自自身身抗抗原原的的克克隆隆排排除除，从从而而解解决决了了特特异异性性的的问问题题。RNAi系系统统的的作作用用也也具具有有同同样样的的特特异异性性，当当病病毒毒进进入入，只只出出现现病病毒毒基基因因的的沉沉默默现现象，而机体的其它基因表达正常。象，而机体的其它基因表达正常。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n脊椎动物的免疫系统，能将局部接触的抗原脊椎动物的免疫系统，能将局部接触的抗原的信息传播到全身。的信息传播到全身。RNAi系统是否具有这系统是否具有这种功能？种功能？n n在植物中，可以观察到，转录后

16、基因沉默和在植物中，可以观察到，转录后基因沉默和病毒诱导的基因沉默是针对频繁出现的病毒病毒诱导的基因沉默是针对频繁出现的病毒感染的保护机制。这种防御系统的优势是其感染的保护机制。这种防御系统的优势是其防御信号可以扩散，如果接种到一片树叶的防御信号可以扩散，如果接种到一片树叶的一个区域，能将免疫力给予周围的细胞。一个区域，能将免疫力给予周围的细胞。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n在在线线虫虫中中，RNAi的的最最明明显显的的特特征征之之一一是是它它的的全全身身效效应应，在在动动物物的的一一个个部部位位注注射射裸裸dsRNA可可以以影影

17、响响其其他他部部位位基基因因的的表表达达，并并且且dsRNA和和食食物物一一起起给给予予通通过过肠肠腔腔吸吸收收，在在性性腺腺中中发发现现影影响响子子代代基基因因的的表表达达。这这种种能能力力可可以以增增加加保护作用以防被病毒重复感染。保护作用以防被病毒重复感染。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n 当当当当病病病病原原原原微微微微生生生生物物物物进进进进入入入入机机机机体体体体后后后后，通通通通过过过过抗抗抗抗原原原原处处处处理理理理和和和和递递递递呈呈呈呈，使使使使相相相相应应应应淋淋淋淋巴巴巴巴细细细细胞胞胞胞克克克克隆隆隆隆活活

18、活活化化化化，并并并并发发发发生生生生克克克克隆隆隆隆扩扩扩扩增增增增，从从从从而而而而形形形形成成成成很很很很多多多多针针针针对对对对该该该该抗抗抗抗原原原原的的的的淋淋淋淋巴巴巴巴细细细细胞胞胞胞，从从从从而有效地对抗病原微生物。而有效地对抗病原微生物。而有效地对抗病原微生物。而有效地对抗病原微生物。n n在在在在线线线线虫虫虫虫中中中中，小小小小量量量量的的的的dsRNAdsRNA 能能能能够够够够使使使使大大大大量量量量的的的的靶靶靶靶RNARNA沉沉沉沉默默默默。这这这这种种种种现现现现象象象象主主主主要要要要是是是是因因因因为为为为DicerDicer酶酶酶酶将将将将长长长长dsR

19、NAdsRNA分分分分子子子子切切切切成成成成短短短短RNARNA（siRNAsiRNA），因因因因为为为为每每每每一一一一个个个个siRNAsiRNA具具具具有有有有结结结结合合合合一一一一个个个个同同同同源源源源mRNAmRNA的的的的能能能能力力力力，效效效效应应应应的的的的放放放放大大大大水水水水平平平平取取取取决决决决于于于于dsRNAdsRNA的的的的长长长长度度度度，很很很很容容容容易检测到放大易检测到放大易检测到放大易检测到放大10201020倍。倍。倍。倍。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n免疫系统的一个重要生理功能

20、是清除体内衰免疫系统的一个重要生理功能是清除体内衰老的或异常的细胞，从而保持机体的生理平老的或异常的细胞，从而保持机体的生理平衡和稳定。衡和稳定。RNAi同样具有降解体内异常基同样具有降解体内异常基因的因的RNA的功能，从而使异常基因不能表达。的功能，从而使异常基因不能表达。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/ RNAi的在医学上的应用前景 n n目前，人类在对待细菌感染性疾病要比病毒目前，人类在对待细菌感染性疾病要比病毒感染的疾病有更多的对策，其根本原因是病感染的疾病有更多的对策，其根本原因是病毒的简单性，没有很多的靶目标和有些病毒毒的简单

21、性，没有很多的靶目标和有些病毒的易变性，象流感病毒和艾滋病病毒，它们的易变性，象流感病毒和艾滋病病毒，它们的抗原经常发生改变，使我们很难对其通过的抗原经常发生改变，使我们很难对其通过疫苗进行预防。疫苗进行预防。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n2002年年6月份自然医学杂志，刊登了美月份自然医学杂志，刊登了美国的科学家用短干预国的科学家用短干预RNA（siRNA）的方法，）的方法，使细胞表面使细胞表面HIV病毒结合受体病毒结合受体-CD4的基因的基因沉默，结果降低了细胞内病毒的拷贝数，这沉默，结果降低了细胞内病毒的拷贝数，这的确给我们

22、最后征服艾滋病带来希望。的确给我们最后征服艾滋病带来希望。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n除除此此之之外外，也也许许我我们们根根据据HIV的的mRNA的的序序列列，制制备备出出双双链链RNA（dsRNA）作作为为HIV的的疫疫苗苗，当当它它们们进进入入细细胞胞后后可可以以降降解解HIV的的mRNA，从从而而阻阻止止HIV在在细细胞胞内内的的复复制制。另另外外，癌癌症症的的治治疗疗同同样样可可以以用用RNAi的的方方法法，我我们们知知道道，癌癌症症细细胞胞之之所所以以能能无无限限增增殖殖，主主要要与与细细胞胞内内某某些些基基因因的的异

23、异常常表表达达有有关关，如如果果我我们们通通过过RNAi的的手手段段使使这这些些基基因因沉沉默默，也也许会取得很好的效果。许会取得很好的效果。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n研究人研究人员改良了用来改良了用来进行干行干预疗法的法的RNA分子，他分子，他们把把RNA分子附在一个胆分子附在一个胆固醇固醇（apoB)分子上。当研究人分子上。当研究人员把把这种改良后的种改良后的RNA分子注入老鼠体内后，分子注入老鼠体内后，他他们发现实验鼠体内的有害胆固醇含量鼠体内的有害胆固醇含量下降了下降了44。这一一实验成果成果发表在自表在自然然杂志上。志上。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/n n总总之之，RNAi的的发发现现，为为我我们们了了解解生生命命和和征征服服疾疾病病提提供供了了新新的的手手段段，同同时时也也使使我我们们对对机机体的免疫系统有一个更加完整的认识。体的免疫系统有一个更加完整的认识。中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网中国免疫学信息网http:/http:/