Nature年终盘点：RNAi如何沉默基因

　　

生物通报道，基因沉默这个从秀丽隐杆线虫中发现的自然现象现在已经在生命科学领域发挥其巨大的潜能。提起RNAi，无人不识，RNAi虽迷人，科学家们对它的了解也仅是片面的，究竟小小的argonaute 蛋白如何结合靶位，如何发挥作用还是个谜。

 

本年度，Wang，Y等在Nature发布了一篇文章，详细解析了基因沉默的具体途径和方式。在文章中，Heidi Ledford首先展示了一张图片，描述细菌蛋白复合物如何选择RNA并剪接RNA分子，达到降解RNA分子沉默基因表达的目的，这一过程解释了RNAi的运作过程。研究者首次捕捉到argonaute蛋白与遗传模板RNA靶位结合的图像。

 

研究人员用RNAi技术沉默选择的基因，有些科学家希望这一技术可以直接用于治疗人类疾病。RNAi技术不是人类凭空创造的技术，它一直存在于自然条件下，在生物体内有microRNA调控基因的表达，起沉默基因的作用，而在病毒感染过程中，存在siRNA沉默宿主细胞的基因，siRNA具有直接降解宿主细胞RNA的能力。科学家们希望通过努力研究试验揭示RNAi的机制和过程。研究者认为，一旦深入了解这些细节，就能更好地用于临床医学应用上。

 

现在已经清楚的是，在RNAi机制中，argonaute蛋白是重要的控制因子。在哺乳动物细胞中，argonaute2结合到RNA的一个引导模板（template Molecule of RNA called a ‘guide’）上。这个引导模板接下来结合到互补的RNA靶位上，促进argonaute2切割靶位RNA，并阻止RNA成为翻译的模板，达到沉默基因的目的。

 

不幸的是，哺乳动物的argonaute蛋白很难在细胞培养物中获得，并且很难溶解，这两个特征给研究argonaute结构带来了困难。

 

洛克菲勒大学的生物化学家Thomas Tuschl和同事决定在嗜热菌Thermus thermophilus中仔细研究argonaute蛋白，Thermus thermophilus是在温泉中发现的一种细菌。值得庆幸的是，研究者发现哺乳动物的argonaute蛋白与Thermus thermophilus的argonaute蛋白在结构上很相似，不过，有意思的是，Thermus thermophilus的argonaute蛋白由DNA模板来引导，哺乳动物的argonaute蛋白由RNA模板引导。因此研究者希望能找出argonaute蛋白与DNA模板或是RNA模板结合位点间的差别。这些研究成果公布在Nature上。

 

研究小组发现argonaute蛋白有一个三分子复合物具有广泛的适用性，当与DNA模板单独结合的时候，具有更多开放性的构象。研究者认为，当两个区域的蛋白彼此分离的时候，argonaute蛋白和它的DNA引导模板与RNA结合十分容易，因为此时RNA结合通道被打开。

 

令研究者惊讶的是，在多数情况下，argonaute蛋白与引导DNA模板结合在一起，共同切割靶位RNA，甚至在靶位RNA序列有所变异的情况下仍旧有效。

 

Tuschl称，这出乎我的意料。靶位RNA有些关键的识别位点发生改变后，argonaute蛋白还是能轻易地做出调整，适应RNA的变化，继续沉默蛋白表达。Tuschl表示，在以往研究一些具有天然沉默功效的RNA分子的时候，也曾有类似的情况，就算和靶位结合不是那么完美仍旧可以起到沉默的功效。

 

麻省医学院的生物化学专家Philip Zamore称，这些研究取得巨大的突破，让我们了解RNAi的奥秘所在。研究者肯定希望尽快把这些发现应用于RNAi技术中。