医学分子生物学
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《Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans》
第一篇以“RNA 干扰”命名该现象及阐述机制的文章
2001年，托马斯·塔什尔（Thomas Tuschl） Elbashir SM and Tuschl T. Nature,2001 《Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells》 第一篇探讨哺乳动物细胞中RNA干扰现象的文章
第四节 调节基因表达的RNA
一、RNA干扰（RNA interferenc，RNAi）的发现
1990年， Napoli矮脚牵牛花实验 Plant Cell,1990
1995年，郭苏和导师坎菲思（Kenneth Kemphues） 秀丽新小杆线虫par-1基因 Cell,1995
1998年，安德鲁·法尔（Andrew Z. Fire） 克雷格·梅洛（Craig C. Mello） Nature, 1998
Risc
（+） （-）
③ 激活的Risc定位到同源mRNA上，
降解该mRNA
Risc
Risc
5`
3`
四、RNA干扰过程中的关键元件
1. dsRNA（double strand RNA） ① RNA病毒：ssRNA RdRp
dsRNA
RNA指导的RNA聚合酶（RNA dependent RNA polymerase,RdRp）
3`OH
5`p
RdRp
3Hale Waihona Puke BaiduOH
5`p
② 人工导入dsRNA
5`p
3`OH
2. Dicer RNase III家族成员－－核酸内切酶，特异性识别并切割dsRNA PAZ结构域 dsRNA结合结构域 （ dsRNA-binding domain,dsRBD） 解旋酶结构域（helicase domain） RNase III催化结构域
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006
"for their discovery of RNA interference – gene silencing by double-stranded RNA"
Andrew Z. Fire
Craig C. Mello
② 目的mRNA直接扩增
Risc
反义链
激活的Risc
3`OH
5`p
RdRp
5` 3`
Dicer
secondary siRNA
mechanism of RNAi
脱靶效应（off-target）
① 剂量依赖 → cocktail → smart pool ② 正义链干扰 →正义链修饰 ③ 反义链seed-region活性→反义链修饰
二、RNA干扰
RNAi是指外源双链RNA进入细胞后，引起与其序列同源 的特异基因mRNA 降解的现象－－ 属于转录后基因沉默 (post-transcriptional gene silencing，PTGS)的一种形式。
功能：分析特定基因在细胞内的功能。 优点：① 方便快捷
② 高特异性 ③ 高效性 ④ 作用广泛性
2006年，Jennifer Doudna X射线衍射晶体分析技术 纯化并结晶 Giardia intestinalis Dicer Science,2006
《Structure basis for double-Stranded RNA processing by Dicer》
2006年，美国斯坦福大学医学院 安德鲁·法尔（Andrew Z.Fire） 马萨诸塞大学医学院 克雷格·梅洛（Craig C.Mello） 获得诺贝尔医学和生理学奖
dsRNA
Dicer
ATP依赖
siRNA
a front view of the crystal structure of Giardia intestinalis Dicer
3. siRNA duplex 结构：双链 21～25个核苷酸 3`端突出2个核苷酸
3`OH
5`p
21 nucleotides
RNase（内切酶、外切酶）－－切割目标mRNA ……
正义链 反义链
Risc
ATP依赖
Risc
反义链
激活的Risc
5`p
Risc
反义链
3`OH
降解
primary siRNA
5. RdRp（RNA dependent RNA polymerase）
RNA依赖的RNA聚合酶 放大效应：微量siRNA，明显干扰效应 可能机制：① siRNA 重复利用
三、RNA干扰机制
1、启动阶段：
dsRNA被Dicer逐步切割成siRNA （ small interfering RNA ）
2、效应阶段:
① Risc形成： siRNA与蛋白质聚集形成Risc
（ Risc，RNA-induced silencing complex）
Risc
② Risc激活： siRNA双链解开。
﹡knock-out－－DNA水平 antisense－－复制、转录翻译水平 RNAi－－转录后水平
基因沉默
“Immune System” of the Genome
① Antiviral Defense ② Suppress Transposon Activity ③ Response to Aberrant RNAs
2001年，美国《科学》杂志评选 年度十大科学进展 2002年，美国《科学》杂志评选 年度十大科学进展之首
2001年，Bernstein E 分离鉴定果蝇Dicer Nature,2001
《Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference》
5`p
3`OH
2 nt overhang
4. Risc（RNA-inducing silencing complex）
RNA诱导的沉默复合物
组分： siRNA Ago（Argonaute protein family）－－结合募集siRNA
RNA helicase（RNA解旋酶）－－形成单链siRNA
第一篇以“RNA 干扰”命名该现象及阐述机制的文章
2001年，托马斯·塔什尔（Thomas Tuschl） Elbashir SM and Tuschl T. Nature,2001 《Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells》 第一篇探讨哺乳动物细胞中RNA干扰现象的文章
第四节 调节基因表达的RNA
一、RNA干扰（RNA interferenc，RNAi）的发现
1990年， Napoli矮脚牵牛花实验 Plant Cell,1990
1995年，郭苏和导师坎菲思（Kenneth Kemphues） 秀丽新小杆线虫par-1基因 Cell,1995
1998年，安德鲁·法尔（Andrew Z. Fire） 克雷格·梅洛（Craig C. Mello） Nature, 1998
Risc
（+） （-）
③ 激活的Risc定位到同源mRNA上，
降解该mRNA
Risc
Risc
5`
3`
四、RNA干扰过程中的关键元件
1. dsRNA（double strand RNA） ① RNA病毒：ssRNA RdRp
dsRNA
RNA指导的RNA聚合酶（RNA dependent RNA polymerase,RdRp）
3`OH
5`p
RdRp
3Hale Waihona Puke BaiduOH
5`p
② 人工导入dsRNA
5`p
3`OH
2. Dicer RNase III家族成员－－核酸内切酶，特异性识别并切割dsRNA PAZ结构域 dsRNA结合结构域 （ dsRNA-binding domain,dsRBD） 解旋酶结构域（helicase domain） RNase III催化结构域
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006
"for their discovery of RNA interference – gene silencing by double-stranded RNA"
Andrew Z. Fire
Craig C. Mello
② 目的mRNA直接扩增
Risc
反义链
激活的Risc
3`OH
5`p
RdRp
5` 3`
Dicer
secondary siRNA
mechanism of RNAi
脱靶效应（off-target）
① 剂量依赖 → cocktail → smart pool ② 正义链干扰 →正义链修饰 ③ 反义链seed-region活性→反义链修饰
二、RNA干扰
RNAi是指外源双链RNA进入细胞后，引起与其序列同源 的特异基因mRNA 降解的现象－－ 属于转录后基因沉默 (post-transcriptional gene silencing，PTGS)的一种形式。
功能：分析特定基因在细胞内的功能。 优点：① 方便快捷
② 高特异性 ③ 高效性 ④ 作用广泛性
2006年，Jennifer Doudna X射线衍射晶体分析技术 纯化并结晶 Giardia intestinalis Dicer Science,2006
《Structure basis for double-Stranded RNA processing by Dicer》
2006年，美国斯坦福大学医学院 安德鲁·法尔（Andrew Z.Fire） 马萨诸塞大学医学院 克雷格·梅洛（Craig C.Mello） 获得诺贝尔医学和生理学奖
dsRNA
Dicer
ATP依赖
siRNA
a front view of the crystal structure of Giardia intestinalis Dicer
3. siRNA duplex 结构：双链 21～25个核苷酸 3`端突出2个核苷酸
3`OH
5`p
21 nucleotides
RNase（内切酶、外切酶）－－切割目标mRNA ……
正义链 反义链
Risc
ATP依赖
Risc
反义链
激活的Risc
5`p
Risc
反义链
3`OH
降解
primary siRNA
5. RdRp（RNA dependent RNA polymerase）
RNA依赖的RNA聚合酶 放大效应：微量siRNA，明显干扰效应 可能机制：① siRNA 重复利用
三、RNA干扰机制
1、启动阶段：
dsRNA被Dicer逐步切割成siRNA （ small interfering RNA ）
2、效应阶段:
① Risc形成： siRNA与蛋白质聚集形成Risc
（ Risc，RNA-induced silencing complex）
Risc
② Risc激活： siRNA双链解开。
﹡knock-out－－DNA水平 antisense－－复制、转录翻译水平 RNAi－－转录后水平
基因沉默
“Immune System” of the Genome
① Antiviral Defense ② Suppress Transposon Activity ③ Response to Aberrant RNAs
2001年，美国《科学》杂志评选 年度十大科学进展 2002年，美国《科学》杂志评选 年度十大科学进展之首
2001年，Bernstein E 分离鉴定果蝇Dicer Nature,2001
《Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference》
5`p
3`OH
2 nt overhang
4. Risc（RNA-inducing silencing complex）
RNA诱导的沉默复合物
组分： siRNA Ago（Argonaute protein family）－－结合募集siRNA
RNA helicase（RNA解旋酶）－－形成单链siRNA