结构生物化学/核酸/RNA/RNA干扰
RNAi首次出现是在植物生物学家试图将基因引入矮牵牛时。当他们添加一个试图加深花朵紫色颜色的基因时，这个基因实际上抑制了它。最终的花朵出现了白色的斑点，或者完全是白色的。
在这个发现之后不久，另一组研究人员意识到，这种相同的基因沉默现象正在发生在对秀丽隐杆线虫的实验中。这些科学家发现，RNAi是由双链RNA触发的，而双链RNA通常不会出现在健康的细胞中。两位著名的科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛因这一发现获得了2006年诺贝尔生理学或医学奖。 [1]
RNA干扰（RNAi）是细胞内的一种自然机制，用于沉默某些基因的表达。小RNA分子通过RNA干扰在调节基因表达中发挥着至关重要的作用。这些途径有三个基本特征
1）小RNA生物合成
2）RNA诱导沉默复合体的形成。(RISCs)
3）靶向互补mRNA。
RNA干扰是由Dicer酶触发的，该酶切割长双链RNA（dsRNA），产生20到30个核苷酸的RNA，其序列可以与mRNA转录本的片段配对。然后，新生成的microRNA（miRNA）或小干扰RNA（siRNA）将组装成复合体，这些复合体被设计成互补地装入想要沉默的靶RNA链中。诱导的沉默复合体被称为RNA诱导沉默复合体（RISC），并被构建成大型多蛋白效应器，被称为RNA诱导沉默复合体（RISC），它们与靶转录本结合并触发其破坏。
然后，同源RNA在与siRNA链结合的中间区域被切割。这种机制被认为具有自我防御目的，以保护细胞免受病毒感染或癌细胞的侵害。
RNAi可以帮助研究组织再生。RNAi在组织再生过程中关闭单个基因，科学家可以了解两栖动物中哪些基因参与了缺失肢体再生时的组织再生。通过了解这一过程，他们希望学习如何再生人体组织。
RNAi被认为是在大约十亿年前，在植物和动物分化之前进化出来的。这是因为RNAi存在于所有生物体中，从植物到动物。
现代假说指出，RNAi进化为一种抵御RNA病毒等入侵者的细胞防御机制。当RNA病毒复制时，它们会暂时产生一种双链形式。这种双链中间体将触发RNAi并使病毒基因失活，从而阻止感染。
RNAi也可能进化来对抗被称为转座子的遗传元件在细胞DNA中的传播。转座子可以通过在基因组中跳跃来造成破坏，有时会引起突变，从而导致癌症或其他疾病。与RNA病毒一样，转座子可以采取一种双链RNA形式，这将触发RNAi来抑制潜在的有害跳跃。 [2]
RNAi是一个使用RNA沉默基因的过程。参与此过程的主要参与者是RNA诱导沉默复合体（RISC），该复合体被短双链RNA分子激活。 [3]. dsRNA可能来自逆转录病毒感染或人工插入（外源性），RNA也可能来自细胞自身基因组（内源性）。 [4].
根据dsRNA的来源，无论是外源性（来自细胞外部）还是内源性（来自细胞内部），有两种针对dsRNA的方法。
-外源性：检测到外源dsRNA并被效应蛋白结合，该蛋白启动Dicer切割dsRNA，相同的效应蛋白帮助将siRNA转运到RISC。 [5]
-内源性：靶dsRNA被Dicer切割成单链siRNA，然后被转运到活跃的RISC。当它们被整合到RISC中时，siRNA与其在mRNA链上的对应序列配对，然后在这些位置被切割。通过切割mRNA，蛋白质合成被停止 [6].
RISC代表RNA诱导沉默复合体，其活性成分包括内切核酸酶和精氨酸蛋白。它们各自的功能是识别mRNA上的互补序列（与结合的siRNA的序列互补）并切割mRNA（精氨酸蛋白）。此过程是ATP独立的，并直接通过RISC的成分起作用 [7] [8].
RNA如何与精氨酸蛋白配对，从结构上通过X射线晶体学确定，通过X射线晶体学确定活性位点，从而获得有关RNA如何与精氨酸蛋白结合的准确信息。在活性位点，RNA链的磷酸化5'端进入并与阳离子（即镁）结合，并且在siRNA中的5'核苷酸之间具有芳香堆叠结构。推测活性位点具有将siRNA与其对应mRNA配对的能力。 [9].
基于RNAi的疗法已被提议作为一种调节和去除多种致病基因的方法。这条道路已被证明是最有希望的。这种疗法的良好靶点将是所有形式的癌症。癌症通常是由过度活跃的基因引起的，调节这些基因的活性可以阻止其扩散。
病毒感染也是RNAi疗法的假设靶点。许多人认为RNAi实际上进化为一种抵御RNA病毒的方法。降低重要病毒基因的表达将使病毒无助，容易受到免疫系统的攻击。在体外，研究已经表明，HIV、脊髓灰质炎病毒、HCV等已经被这些疗法减少。
RNAi已经用作识别某些基因功能的方法。在此发现之前，研究人员经常诉诸于将新基因插入生物体中，以观察其影响。然而，最近，科学家可以仅仅沉默感兴趣的基因，并观察目标基因对生物体功能的影响。它还可以阐明复杂的细胞途径。
RNAi是科研领域一项新颖且高度重要的发现。多年来，科学家们一直深入研究蛋白质如何调节基因活性，并将大部分注意力集中在被称为转录因子的蛋白质上。现在，RNA通过RNAi和相关过程，被认为是细胞复杂基因调控技术中的一个重要参与者。 [10]
如上文所述，RNAi 可用于选择性地“沉默”目标基因，以分析这对模式生物的影响。一个研究领域集中在再生上，即失去或受损身体部位的再生。这种能力在自然界中很常见。例如，树桩可以长出芽，发育成新的茎、叶和花；在实验室中，一团未分化的细胞可以长成成熟的植物；事实上，某些植物由完全分化的细胞组成的部分也可以长成成熟的植物。动物也具有再生能力：包括海绵、水螅、涡虫和海星等无脊椎动物，以及蝾螈和两栖动物等脊椎动物。另一方面，人类只有有限的再生能力。除了愈合伤口外，人类可以再生部分肝脏以及手指和脚趾的尖端 [11]。如果科学家能找到再生人体组织的关键，那不是太神奇了吗？RNAi 目前被用于靶向特定基因并在涡虫和两栖动物中关闭它们，以分析这些基因的功能。通过这种方式，研究人员希望找出哪些基因负责再生。
RNA 干扰 (RNAi) 是一种生物体用来沉默基因的机制，当它们的蛋白质产物不再需要时。当短 RNA 分子与 mRNA 片段结合时，会发生沉默，从而阻止 mRNA 的翻译。为了专注于使涡虫能够再生的基因，Sánchez Alvarado 及其同事正在使用 RNA 干扰 (RNAi)。RNAi 是一种生物体用来沉默某些基因的自然过程。Sánchez Alvarado 的团队利用 RNAi 有意干扰所选基因的功能。研究人员希望，通过系统地关闭基因，他们将能够确定哪些基因负责再生。研究人员希望他们在涡虫中的研究将提供遗传线索，帮助解释两栖动物在受伤后如何再生肢体。找到关键基因并了解它们如何在涡虫和两栖动物中促进再生，可能使我们更接近于在人类中促进再生。
特别是在涡虫中，涡虫可以从其身体的一小部分重新长出一个完整的虫体，RNAi 关闭特定基因的能力导致了以下发现：头部和尾部形成的位置由 *刺猬信号通路和 Wnt/B-catenin 通路控制。Wnt/B-catenin 通路调节前后轴的形成。“沉默”刺猬或 Wnt/B-catenin 中的任何一个，用 RNAi 导致头部和尾部在错误的末端生长 [12]。此外，一些基础研究人员正在试图弄清楚干细胞是如何工作的，方法是研究涡虫。这些虫子就像干细胞一样，可以再生。涡虫与干细胞的相似并非巧合。科学家们已经发现，涡虫能够进行惊人的再生行为，这是由于它们体内存在专门的干细胞。犹他大学医学院发育生物学家亚历杭德罗·桑切斯·阿尔瓦拉多在盐湖城使用基因沉默技术 RNAi 来寻找对再生至关重要的涡虫基因。他发现了 240 个基因，当这些基因被沉默时，会导致虫体的生长和再生能力出现物理缺陷。有趣的是，其中 16% 的基因看起来非常像与人类疾病相关的基因。
- 除了涡虫的再生外，刺猬信号通路对于哺乳动物的大脑、肠道、手指和脚趾的发育至关重要。
RNAi 不仅保护细胞免受外源基因的侵害，它还参与调节细胞自身的基因，包括细胞自身的一套非编码 mRNA。因此，RNAi 功能不正常会导致疾病和遗传性疾病，包括脆性 X 染色体综合征。脆性 X 染色体综合征会导致智力障碍，因为 FMRP（一种通常从 FMR1（脆性 X 智力障碍 1）基因合成的蛋白质）的缺失。已经发现 FMRP 是 RISC 的一个组成部分，表明这种蛋白质的缺失会阻止神经元中 RNAi 的正常功能，从而导致智力障碍 [13]。（需要进行更多研究来建立这种联系。）
另一方面，RNAi 也具有治疗神经系统疾病的潜力。与 RNAi 如何消除病毒感染中的外源 mRNA 相似，RNAi 的高度特异性可用于靶向导致神经系统疾病的正常基因的突变。通过这种方式，RNAi 可以通过“敲除”这些突变基因的表达来介导有害显性等位基因的影响，同时保留正常基因。因此，这种潜力可以扩展到其他疾病，包括由三联体扩展或三核苷酸重复（包括脆性 X 综合征，以及脊髓延髓肌肉萎缩和亨廷顿氏舞蹈症等神经退行性疾病）引起的疾病。[14]
- ↑ Macrae I, Zhou K, Li F, Repic A, Brooks A, Cande W, Adams P, Doudna J (2006). "Structural basis for double-stranded RNA processing by dicer". Science. 311 (5758): 195–8. doi:10.1126/science.1121638. PMID 16410517.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ Hammond S, Bernstein E, Beach D, Hannon G (2000). "An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells". Nature. 404 (6775): 293–6. doi:10.1038/35005107. PMID 10749213.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ 美国卫生与公众服务部。细胞内部。2005 年 9 月。<http://www.nigms.nih.gov>。
国家普通医学科学研究所 [15]
生物学页面 [16]
功能基因组学、脆性 X 染色体综合征和 RNA 干扰 [17]
新遗传学 (2006)：n. pag. 美国卫生与公众服务部，国立卫生研究院，国家普通医学科学研究所。网络。<http://www.nigms.nih.gov>。