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干扰RNA基因敲除

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2.3.RNAi引起的基因敲除。

由于少量的双链RNA就能阻断基因的表达,并且这种效应可以传递到子代细胞中,所以RNAi的反应过程也可以用于基因敲除。近年来,越来越多的基因敲除采用了RNAi这种更为简单方便的方法。[13-15]

2.3.1 RNAi阻断基因表达的机理

双链RNA进入细胞后,能够在Dicer酶的作用下被裂解成siRNA,而另一方面双链RNA还能在RdRP (以RNA为模板指导RNA合成的聚合酶RNA-directed RNApolymerase,RdRP)的作用下自身扩增后,再被Dicer酶裂解成siRNA。SiRNA的双链解开变成单链,并和某些蛋白形成复合物,Argonaute2是目前唯一已知的参与复合物形成的蛋白。此复合物同与siRNA互补的mRNA结合,一方面使mRNA被RNA酶裂解,另一方面以SiRNA作为引物,以mRNA为模板,在RdRP作用下合成出mRNA的互补链。结果mRNA也变成了双链RNA,它在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA。这些新生成的siRNA也具有诱发RNAi的作用,通过这个聚合酶链式反应,细胞内的siRNA大大增加,显著增加了对基因表达的抑制。从21到23个核苷酸的siRNA到几百个核苷酸的双链RNA都能诱发RNAi,但长的双链RNA阻断基因表达的效果明显强于短的双链RNA[13]。

2.3.2 RNAi基因敲除的优点及应用

①.比用同源重组法更加简便,周期大大缩短。

②.对于哺乳动物,如对于一些敲除后小鼠在胚胎时就会死亡的基因,可以在体外培养

的细胞中利用RNAi技术研究它的功能。

③.由于RNAi能高效特异的阻断基因的表达,它成为研究信号传导通路的良好工具。

④.RNAi还被用来研究在发育过程中起作用的基因,如可用RNAi来阻断某些基因的表达,来研究他们是否在胚胎干细胞的增殖和分化过程中其起着关键作用。

2.4实现基因敲除的其他原理。

除上述几种已经比较成熟并且普遍使用了的基因敲除原理外,还有一些基于其他原理的敲除技术正处于研究和完善过程中,如TFOs(Triple helix forming oligonucleotides)引导的基因敲除术[16]以及反义技术在基因敲除技术中的运用等[17]。随着遗传学,分子生物学理论的发展,新的基因敲除原理也在不断的发现和发掘中。

3.基因敲除技术的应用及前景:

①.建立生物模型。在基因功能,代谢途径等研究中模型生物的建立非常重要。基因敲除技术就常常用于建立某种特定基因缺失的生物模型,从而进行相关的研究。这些模型可以是细胞,也可以是完整的动植物或微生物个体。最常见的是小鼠,家兔、猪、线虫、酵母和拟南芥等的基因敲除模型也常见于报道。

②.疾病的分子机理研究和疾病的基因治疗。通过基因敲除技术可以确定特定基因的性质以及研究它对机体的影响。这无论是对了解疾病的根源或者是寻找基因治疗的靶目标都有重大的意义。

③.提供廉价的异种移植器官。众所周知,器官来源稀少往往是人体器官移植的一大制

约因素,而大量廉价的异种生物如猪等的器官却不能用于人体。这是因为异源生物的基因会产生一些能引起人体强烈免疫排斥的异源分子,如果能将产生这些异源分子的基因敲除,那么动物的器官将能用于人体的疾病治疗,这将为患者带来具大的福音。如:PPL Therapeutics 公司于1999 年已成功地在猪的体细胞中用基因敲除技术敲除了α-1,3GT 基因。使每只猪都缺乏产生a1-3半乳糖基转移酶的基因的2个拷贝。这些酶在细胞表面产生一种糖分子,人体的免疫系统可以立即辨认出这种糖分子为异源性,从而引发超急性免疫排斥反应。在缺乏这种酶的情况下,超急性排斥反应即不会再发生[10]。

④. 免疫学中的应用。同异源器官移植相似,异源的抗体用于人体时或多或少会有一定的免疫排斥,使得人用抗体类药物的生产和应用受阻。而如果将动物免疫分子基因敲除,换以人的相应基因,那么将产生人的抗体,从而解决人源抗体的生产问题。

⑤改造生物、培育新的生物品种。细菌的基因工程技术是本世纪分子生物学史上的一个重大突破,而基因敲除技术则可能是遗传工程中的另一重大飞跃。它为定向改造生物,培育新型生物提供了重要的技术支持。

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