复旦大学：《分子生物学》课程电子教案（PPT教学课件）第八章 真核基因表达调控 Eukaryotic Gene Expression and Regulation（3/3）

第四节基因沉默对真核基因表达的调控 ·基因沉默(gene silencing.)是指真核生物中由双链 RNA诱导的识别和清除细胞中非正常RNA的一种机制。 aberrant'ssRNA exogenous viral transposon RNA synthesis dsRNA dsRNA dsRNA? by RdRP mm dsRNA ↓DICER PI厂siRNA duplex active siRNA complex target recognition RISC 转录水平基因沉默 pRNA synthesis by RdRP by endonuclease secondary siRNAs by DICER degraded RNA by exonucleases 转录后基因沉默

• 基因沉默（gene silencing）是指真核生物中由双链 RNA诱导的识别和清除细胞中非正常RNA的一种机制。 转录水平基因沉默 转录后基因沉默 第四节 基因沉默对真核基因表达的调控

TGS (transcriptional gene silencing) 由于DNA甲基化、异染色质化以及位置效应等 引起的转录水平上的基因沉默。 PTGS (post-transcriptional gene silencing) X在基因转录后的水平上通过对靶mRNA进行特异性降解 而使基因失活。 *转基因植物的共抑制现象、非转基因植物对病毒自然侵染的抗性、 真菌的共抑制现象、各种动物的RNAi以及转座因子的转座失活等这些 表面看来完全不相关的现象中存在着非常相似的基因沉默机制，即 PTGS

TGS （transcriptional gene silencing） 由于DNA甲基化、异染色质化以及位置效应等 引起的转录水平上的基因沉默。 PTGS (post-transcriptional gene silencing) ＊在基因转录后的水平上通过对靶mRNA进行特异性降解 而使基因失活。 ＊转基因植物的共抑制现象、非转基因植物对病毒自然侵染的抗性、 真菌的共抑制现象、各种动物的RNAi以及转座因子的转座失活等这些 表面看来完全不相关的现象中存在着非常相似的基因沉默机制，即 PTGS

一、RNA干扰 二、miRNA

一、RNA干扰 二、miRNA

一、RNA干扰技术 ·RNA千扰(RNA interference,RNAi)由 双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降 解的技术。 siRNA介导的沉默机理-转录后水平的mRNA降 解

• RNA干扰（RNA interference， RNAi ）由 双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降 解的技术。 一、RNA干扰技术 siRNA介导的沉默机理-转录后水平的mRNA降 解

1.干扰小RNA的发现 Andrew Fire Craig C.Mello 发现了“RNA干扰”机制 2006年，诺贝尔生理学或医学奖

Andrew Fire Craig C.Mello 2006年，诺贝尔生理学或医学奖 发现了“RNA干扰”机制 1.干扰小RNA的发现

Plants:"Cosuppression" 。1990年，Rich Jorgensen及 其同事，牵牛花，共抑制 现象(cosuppression) Napoli et al.1990.Plant Cell 2:279- 289 野生型 试验 预测

• 1990年，Rich Jorgensen及 其同事，牵牛花，共抑制 现象(cosuppression)

·意大利的C0g0ni等，将外源类胡萝卜素基因导入链 孢霉(Neurosporacrassa),结果转化细胞中内源性 的类胡萝卜素基因也受到了抑制。 Fungi:"Quelling" 。1992年Romano和Macino等 证明真菌中亦有类以现象。 在真菌转基因实验中这种共 抑制现象被称为称为基因压 制(quelling)。 Romano and Macino.1992. Mol Micro 6:3343-53

• 1992年 Romano 和 Macino等 证明真菌中亦有类似现象。 在真菌转基因实验中这种共 抑制现象被称为称为基因压 制(quelling)。 • 意大利的Cogoni等,将外源类胡萝卜素基因导入链 孢霉(Neurosporacrassa),结果转化细胞中内源性 的类胡萝卜素基因也受到了抑制

1995年，康乃尔大学的Su Guo博士在试图 阻断秀丽新小杆线虫(c.elegans)的par-l基因 时，发现了一个意想不到的现象。 设计： 反义RNA特异性地阻断par-1基因的表达 正义RNA以期观察到基因表达的增强 结果 二者都同样地切断了par-1基因的表达途 径。这是与传统上对反义RNA技术的解释不 相符合。该研究小组一直未能给这个意外 C.elegans 以合理解释。 首次发现RNA干扰的线索

1995年，康乃尔大学的Su Guo博士在试图 阻断秀丽新小杆线虫(C.elegans)的par-1基因 时，发现了一个意想不到的现象。 设计： 反义RNA 特异性地阻断par-1基因的表达 正义RNA 以期观察到基因表达的增强 结果: 二者都同样地切断了par-1基因的表达途 径。这是与传统上对反义RNA技术的解释不 相符合。该研究小组一直未能给这个意外 以合理解释。 首次发现RNA干扰的线索

直到1998年2月，Fire A和Mello C才首次揭开这个悬 疑之谜。 ·他们将体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时 发现，基因抑制效应变得十分微弱；而经过纯化的双 链RNA却正好相反，能够高效特异性阻断相应基因的 表达。 ·他们证实，GuoS博士遇到的正义RNA抑制基因表 达的现象，以及过去的反义RNA技术对基因表达的阻 断，都是由于体外转录所得RNA中污染了微量双链 RNA而引起。 ·该小组将这一现象称为RNA干扰(RNA interference, 简称RNAi) Fire A,Xu S,Montgomery ME,et al.Nature. 1998,391:806-811

• 直到1998年2月，Fire A和Mello C才首次揭开这个悬 疑之谜。 • 他们将体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时 发现，基因抑制效应变得十分微弱；而经过纯化的双 链RNA却正好相反，能够高效特异性阻断相应基因的 表达。 • 他们证实，Guo S博士遇到的正义RNA抑制基因表 达的现象，以及过去的反义RNA技术对基因表达的阻 断，都是由于体外转录所得RNA中污染了微量双链 RNA而引起。 • 该小组将这一现象称为RNA干扰（RNA interference， 简称RNAi）。 Fire A, Xu S, Montgomery ME, et al. Nature. 1998,391:806-811

随后在1999年短短的一年间，发现RNA干扰现象广泛存在于 植物、真菌、线虫、昆虫、蛙类、鸟类、大鼠、小鼠、猴 一直到人类的几乎所有的真核生物中细胞。2000年，又先 后发现小鼠早期胚胎中和大肠杆菌中也存在RNA干扰现象。 2000年提出RNAi作用机制模型。 D.melanogaster:"RNAi" 论文： Hannond SM et al.Nature,2000,404(6775):293-296 Zamore PD.Cell,2000,101(1):25-33

随后在1999年短短的一年间,发现RNA干扰现象广泛存在于 植物、真菌、线虫、昆虫、蛙类、鸟类、大鼠、小鼠、猴 一直到人类的几乎所有的真核生物中细胞。2000年，又先 后发现小鼠早期胚胎中和大肠杆菌中也存在RNA干扰现象。 2000年提出RNAi作用机制模型