基本介紹
- 中文名：反義RNA
- 外文名：antisense RNA
- 概念：與mRNA互補的RNA分子
- 作用：抑制mRNA的翻譯
- 分類：三類
- 來源1：反向轉錄的產物
- 來源2：不同基因產物
定義,來源,作用機制,功能,人工合成,反義RNA技術,注意要點,穩定方法,
定義
反義RNA是指與mRNA互補的RNA分子，也包括與其它RNA互補的RNA分子。由於核糖體不能翻譯雙鏈的RNA，所以反義RNA與mRNA特異性的互補結合, 即抑制了該mRNA的翻譯。通過反義RNA控制mRNA的翻譯是原核生物基因表達調控的一種方式，最早是在E.coli 的產腸桿菌素的Col E1質粒中發現的，許多實驗證明在真核生物中也存在反義RNA。近幾年來通過人工合成反義RNA的基因, 並將其導入細胞內轉錄成反義RNA，即能抑制某特定基因的表達，阻斷該基因的功能，有助於了解該基因對細胞生長和分化的作用。同時也暗示了該方法對腫瘤實施基因治療的可能性。
反義RNA
反義RNA來源
細胞中反義RNA的來源有兩種途徑：第一是反向轉錄的產物，在多數情況下, 反義RNA是特定靶基因互補鏈反向轉錄產物, 即產生mRNA和反義RNA的DNA是同一區段的互補鏈。第二種來源是不同基因產物，如OMPF基因是大腸桿菌的膜蛋白基因，與透性有關，其反義基因MICFZE則為另一基因。
作用機制
反義RNA的分類和作用機制：下表總結了原核細胞內天然存在的11種反義RNA。這些反義RNA按其作用機制可經分為三大類。
調節水平 反義RNA 靶RNA 分類 功能 來源
轉錄後水平 micF RNA ompF mRNA 1A OmpF合成 染色體
oop RNA cⅡmRNA 1B 溶菌-溶源 噬菌體
sar RNA antmRNA 1A 溶菌-溶源 噬菌體
ouT RNA 轉位酶mRNA ⅠA 轉位作用 轉位子
finp RNA traJ mRNA ⅠA DNA轉位
sok RNA hok mRNA ⅠA 殺死作用
copA RNA repA mRNA Ⅱ 複製 質粒
R1162RNA repⅠmRNA Ⅱ 複製
pT181RNA repC mRNA Ⅱ 複製
轉錄水平 ticRNA CAP mRNA Ⅲ cAMP結合蛋白 染色體
複製前水平 RNAⅠ RNAⅡ Ⅲ DNA複製 質粒
ticRNA(transcription inhibitory complementary RNA)是大腸桿菌中CAP蛋白(cAMP結合蛋白)的mRNA的反義RNA。ticRNA的基因的啟動子可被cAMP-CAP複合物所激活，從CAP mRNA的轉錄起始位點上游3個核苷酸處開始，以CAP mRNA的模板DNA鏈的互補鏈為模板，合成ticRNA。ticRNA具體長度不清楚，但是它是5'端一段正好和CAP mRNA的5'端有不完全的互補，可以形成雙鏈的RNA雜交體。而在CAP mRNA上緊隨雜交區之後的是一段約長11bp的A，U豐富區。這樣的結構十分類似於ρ不依賴性的轉錄終止子的結構，從而CAP mRNA的轉錄剛剛開始不久後即迅速終止。從這個例子中我們可以看到CAP蛋白合成的自我調節作用。當CAP合成達一定量後，即可與cAMP結合成cAMP-CAP複合物。再激活ticRNA的啟動子轉錄出ticRNA，反過來抑制CAP-mRNA的合成。
功能
調控細菌基因的表達
反義RNA對編碼CAP的基因的調控作用已如前述。這裡再介紹一下micF RNA對ompF基因的表達的調控。ompF蛋白質是大腸桿菌的外膜蛋白的主要成分這一。micF RNA是從另一基因(ompC基因)附近的DNA序列轉錄而來，和o-mpFn RNA的5'端有70%的序列互補，因此在體外micF RNA可以抑制ompF mRNA的翻譯。但是這種抑制作用在體內是否重要尚有疑問，因為缺失micF基因的菌株其ompF蛋白的表達只受到輕微的影響。
噬菌體溶菌/溶源狀態的控制
反義RNA也參與了λ和P22噬菌體的溶菌/溶源狀態的控制。P22噬菌體編碼一種抗阻遏蛋白Ant，它可以抑制許多λ樣噬菌體的阻遏蛋白與DNA的結合。這對於剛剛感染細胞的P22建立λ樣原噬菌體(prophage)是有益的。但是Ant必須在嚴格的控制下，否則Ant的過分表達必將阻止溶源狀態的建立，而成為溶菌性的噬菌體。Ant蛋白質表達的控制是利用反義RNA(sarRNA)能與ant mRNA的翻譯起源區互補結合，從而抑制ant mRNA翻譯成Ant蛋白。
在λ噬菌體中cⅡ蛋白控制著溶菌或溶源狀態的選擇。cⅡ蛋白可以激活λPre啟動子，該啟動子控制的基因是λ噬菌體整合作用所必須的，且同時能抑制λ噬菌體的複製。cⅡ蛋白的另一功能是延緩λ晚期基因的表達，其作用機制是cⅡ蛋白激活PaQ的啟動子，轉錄出PaQRNA。PaQRA是編碼Q蛋白的mRNA的反義RNA。因此，PaQRNA能與QmRNA配對雜交而抑制其翻譯，而Q蛋白早已知道是晚期基因表達的激活蛋白。
cⅡ基因本身的表達還受到稱為oopRNA的反義RNA的調控。oopRNA與cⅡ基因的3'端互補，但其具體作用機制尚不清楚。
IS10轉位作用的抑制
outRNA是一種反義RNA，可以和IS10編碼的轉位酶mRNA(INRNA)5'端結合而抑制其翻譯，當細胞內只有一個考貝IS10時，只能生成很少量的outRNA，故轉位酶仍可生成。但當IS10的考貝數增多時，outRNA愈來愈多，其控制作用亦明顯增強，所以稱為多考貝抑制現象。這種現象可以防止IS10的過量堆積引起的細胞損害。
人工合成
1.由於對靶mRNA的SD序列的上游區的結構了解甚少，因此，在要設計Ⅱ類反義RNA用於和靶mRNASD序列上游區結合，以期達到調節該mRNA翻譯的目的是比較困難的。
2.Ⅲ類反義RNA是和mRNA的起始處結合而形成類似ρ-不依賴性的轉錄終止子而使轉錄水平上抑制靶基因的表達。因此，要設法在靶mRNA上找到一段連續的U序列，就可以設計出反義RNA，與該U序列上游的mRNA鏈互補，以形成ρ-不依賴性終止子。理想的作用位點是在靶mRNA的5'端上游的非編碼區，以免受核糖體的影響。
我們還可以設計出天然存在的反義RNA的反義RNA來。這樣就可以拮抗原始反義RNA對靶mRNA的抑制作用。而達到激活或加強某個靶基因的表達的目的。然而並不是所有的mRNA對其相應的Ⅰ類反義RNA都敏感。例如，有的mRNA壽命很短，只有1-2分鐘，它們和反義RNA結合的機會較少，因而就較不敏感。反之，另一些mRNA則很穩定，壽命可達十多分種，則其對相應的反義RNA的抑制作用就很敏感。此外，反義RNA本身的穩定性有很大的實際意義。顯然，穩定的反義RNA對靶mRNA的調節作用比不穩定的反義RNA要好。
反義RNA技術
隨著分子生物學和遺傳工程的發展，基因治療應運而生，反義技術是其中一種，它的基礎是根據核酸雜交原理設計針對特定靶序列的反義核酸，從而抑制特定基因的表達，包括反義RNA、反義DNA及核酶（Ribozyme），它們通過人工合成和生物合成獲得。
核酶(ribozyme)是具有酶活性的RNA，主要參加RNA的加工與成熟。天然核酶可分為四類：(1)異體催化剪下型，如RNaseP；(2)自體催化的剪下型，如植物類病毒、擬病毒和衛星RNA；(3)第一組內含子自我剪接型，如四膜蟲大核26SrRNA；(4)第二組內含子自我剪接型。利用反義技術研製的藥物稱反義藥物。反義藥物作用於產生蛋白的基因，因此可廣泛套用於多種疾病的治療，如傳染病、炎症、心血管疾病及腫瘤等。與傳統藥物比較反義藥物更具選擇性及效率，因此也更高效低毒。基於上述特點反義藥物已成為藥物研究和開發的熱點。而且反義技術還可以套用於生物科學的基礎研究。
注意要點
[1]長的反義RNA並不一定比短的反義RNA更為有效；
[3]在真核生物中，對應於5'端非編碼區的反義RNA可能比針對編碼區的反義RNA更有效；
[4]儘量避免在反義RNA分子中出現自我互補的二級結構；
[5]設計的反義RNA分子中不應有AUG或開放讀框，否則該反義RNA亦會與核糖體結合而影響其與靶mRNA的配對結合；
[6]進一步還可以將帶有ribozyme結構的RNA連在反義RNA的3'端尾上，當反義RNA與靶mRNA雜交後，即可利用其酶活性來降解靶mRNA。
此外，為了增強反義RNA的作用，還可以採取一些額外措施，例如:[1]由於反義RNA對靶mRNA的抑制作用有劑量依賴性，所以在構建反義RNA基因時，要選擇強的、可以誘導的啟動子以增強反義RNA本身的表達；
[2]構建許多個反義RNA基因串連在一起，以得到線性重複的多拷貝基因，對提高反義RNA的表達也有利；[3]RNA酶Ⅲ可以降解RNA:RNA雜交體，所以在構建反義RNA基因時，可將RNA酶Ⅲ的基因也同時轉化到靶細胞中並進行表達。這樣，當反義RNA與靶mRNA結合後，RNA酶Ⅲ即可將其降解。這顯然有利於反義RNA的抑制作用；
近年來，有關反義RNA的研究進展迅速，已經套用到抗病毒感染，研究癌基因的作用機制，探索腫瘤治療的可行途徑等方面。在今後一段時間內，有關反義RNA的研究肯定將會有更加迅速的進展和更廣闊的套用前景。
