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反義RNA技術改良技巧
點擊次數(shù)：638 發(fā)布時間：2016-1-27
用反義rna分子來調節(jié)基因表達時，經常會遇到的困難是反應模板的穩(wěn)定性差。因此，人們正在探索如何改進反義基因的新方法，目前主要有：
（1）優(yōu)化反義RNA的結合。反義RNA鏈的長度對抑制基因的效果是重要的。雙螺旋形成過程中將釋放能量，RNA鏈越長，釋放的自由能越多。從這一意義來講，可以說長RNA作為反義RNA更有效。但是，并沒有關于反義RNA長度的一般規(guī)則。Nellen和Lichtentein曾指出，有關反義RNA技術的一個普遍問題是，怎樣使反義RNA更有效，即怎么樣使一個互補的RNA成為有效的反義RNA。在植物中覆蓋整個cDNA的反義RNA有效地抑制了基因表達。但是，與5¹或3¹端部分mRNA互補的反義RNA效果同樣好。zui小的反義RNA只有41個核苷酸。
反義RNA的二級結構對雙螺旋的形成至關重要。因為形成雙鏈結構必須克服正義和反義RNA本身的二級結構，比潛在自由能的量更重要的是形成雙螺旋的作用能量，也就是說，雙螺旋構象是由動力學控制的，而不是由釋放的自由能的量控制的。原核生物中自然發(fā)生的RNA可以很好的說明RNA結構與形成雙螺旋構象的速度之間的復雜關系。Simons和Kleckner指出，許多非常有效的反義RNA通常較短（約70個核苷酸），含有一個典型的莖環(huán)結構。例如大腸桿菌R1質粒的拷貝數(shù)受反義 RNA cop A的控制。Nordstroem和合作者詳細研究了這一系統(tǒng)，其正義和反義RNA由同一DNA編碼，但以相反方向轉錄。因此，點突變一點也不能改變這兩種RNA的互補性，但是當同時改變正義和反義RNA環(huán)區(qū)時，雖然兩條RNA鏈*互補，但結合率下降了三至四倍。與此同時，質粒拷貝數(shù)卻增加了。很顯然，結合率受正義和反義RNA二級結構的影響。兩條RNA鏈形成雙螺旋的初始“吻合”結構非常重要。
毫無疑問，內源的正義RNA不能被改變，但反義RNA的靶結合區(qū)及反義RNA的長度是可以改變的。這將影響反義RNA的二級結構，從而改變其結合能力，使其與靶RNA結合更有效。Rittner等令人信服地證明了反義RNA的長度與它的結合率之間的復雜關系。他們用一個5¹端長度固定的人免疫缺陷型I型病毒（HIV-I）的反義RNA，改變其3¹端，從而改變了RNA長度。然后選擇能夠快速結合的反義RNA，發(fā)現(xiàn)結合率長度之間的關系依長度和相應二級結構的不同而擺動。3¹端只有幾個核苷酸不同的反義RNA結合率變化可達上百倍。這與反義RNA的二級結構的改變有關。而且，體外的結合率與體內抑制HIV-I增值的有效性一致。這些結果也證明了在體內應用反義RNA抑制靶基因之前，在離體條件下實驗的重要性。
在優(yōu)化反義RNA的實際長度以前，也可以用計算機輔助分析靶RNA，以尋找有效的靶RNA序列，通過設置一個50~400核苷酸的窗口，Sczakiel等設計了基因組和非基因組HIV RNA的能量。這些能量反映了區(qū)域折疊能力。觀察到高△G值（低自由能）區(qū)域與抑制HIV復制的zui有效區(qū)相對應。
（2）延長反義RNA的半衰期。原核生物中自然發(fā)生的反義RNA極其穩(wěn)定，可能是由于它們特殊的莖環(huán)結構保護它們免受核酸外切酶的降解。據(jù)報道，通過控制插入序列IS10的RNA-OUT，能在體內穩(wěn)定存在70 min，達三代之久。在反義RNA的末端加上這些保護性的莖環(huán)結構，可以減少核酸外切酶的降解。Heinrich等應用了這一方法。zui近，Bourque和Folk報道，一個變相方法是把反義RNA與tRNA連接，用一個依賴于DNA的RNA聚合酶III特異啟動子來表達。
（3）在細胞質中表達反義RNA。另一個能夠獲得高水平表達的反義RNA的方法是在一個游離的復制系統(tǒng)中表達反義基因。這種系統(tǒng)不同于轉基因于細胞核內染色體上。已有幾個應用植物RNA病毒作為載體的系統(tǒng)，在細胞質中表達反義RNA。Joshi等用螢火蟲螢光素酶基因代替了大麥條斑病毒（BSMV）RNA β的開放讀碼框b，并且在轉染煙草和玉米原生質體時表達；Donson等用一個以TMV為基礎的載體來產生細菌新霉素磷酸轉移酶（NPT II）。Chapman等應用馬鈴薯病毒X（PVX）為載體，表達了β-葡萄糖苷酸酶（GUS）。Dolja等把GUS插入到煙草蝕刻病毒（TEV）的多聚蛋白中，得到了表達。因此，在這樣的系統(tǒng)中表達反義RNA是*可行的。劉博林等借助于Chapman等的PVX載體表達系統(tǒng)，在野生煙草（N. clevelandii）細胞質中成功表達了對應于plum pox virus（PPV）的反義RNA和酶性RNA。這為在細胞質中抑制RNA病毒的復制研究奠定了良好的基礎。