RNAi技术在昆虫功能基因研究中的应用进展

RNA干扰（RNA interference,RNAi）是指外源或内源的双链RNA（dsRNA）特异性地引起基因表达沉默的现象,它作为一种有效的工具用来产生转录后沉默,从而抑制特定基因的表达,成为基因功能研究的一种新方法,除了在模式昆虫如果蝇Drosophila中广泛应用之外,也在非模式昆虫中得到成功应用。近年来,RNAi技术在导入方法和基因功能分析方面都取得了飞速发展,且与转基因技术相结合成功应用于害虫防治领域。本文综述了RNAi技术在导入方法、昆虫功能基因组功能分析及害虫防治等领域新近的研究成果,并展望了该技术的应用前景。     

RNA interference: an emerging generation of biologicals

RNA interference (RNAi) is a mechanism displayed by most eukaryotic cells to rid themselves of foreign double-stranded RNA molecules. RNAi has now been demonstrated to function in mammalian cells to alter gene expression, and has been used as a means for genetic discovery as well as a possible strategy for genetic correction. RNAi was first described in animal cells by Fire and colleagues in the nematode, Caenorhabditis elegans. Knowledge of RNAi mechanism in mammalian cell in 2001 brought a storm in the field of drug discovery. During the past few years scientists all over the world are focusing on exploiting the therapeutic potential of RNAi for identifying a new class of therapeutics. The applications of RNAi in medicine are unlimited because all cells possess RNAi machinery and hence all genes can be potential targets for therapy. RNAi can be developed as an endogenous host defense mechanism against many infections and diseases. Several studies have demonstrated therapeutic benefits of small interfering RNAs and micro RNAs in animal models. This has led to the rapid advancement of the technique from research discovery to clinical trials.     

RNA干涉在纤毛虫中的研究进展

RNA干涉是dsRNA介导的基因沉默现象,本文简要介绍了其作用的机制和生物学意义,重点阐述了RNA干涉在原生动物纤毛虫中的发现与应用,比较了RNA干涉与纤毛虫大核基因组重排机理的异同,并对RNA干涉在纤毛虫中传输的技术途径-RNAi喂饲法的原理也做了详细的介绍。     

Applications of RNA interference high-throughput screening technology in cancer biology and virology

RNA interference (RNAi) is an ancient intra-cellular mechanism that regulates gene expression and cell function. Large-scale gene silencing using RNAi high-throughput screening (HTS) has opened an exciting frontier to systematically study gene function in mammalian cells. This approach enables researchers to identify gene function in a given biological context and will provide considerable novel insight. Here, we review RNAi HTS strategies and applications using case studies in cancer biology and virology.     

RNA甲基化修饰调控和规律

表观遗传学修饰包括DNA、RNA和蛋白质的化学修饰,基于非序列改变所致基因表达和功能水平变化。近年来,在DNA和蛋白质修饰基础上,可逆RNA甲基化修饰研究引领了第3次表观遗传学修饰研究的浪潮。RNA存在100余种化学修饰,甲基化是最主要的修饰形式。鉴定RNA甲基化修饰酶及研发其转录组水平高通量检测技术,是揭示RNA化学修饰调控基因表达和功能规律的基础。本文主要总结了近年来本课题组与合作团队及国内外同行在RNA甲基化表观转录组学研究中取得的主要前沿进展,包括发现了RNA去甲基酶、甲基转移酶和结合蛋白,揭示RNA甲基化修饰调控RNA加工代谢,及其调控正常生理和异常病理等重要生命进程。这些系列研究成果证明RNA甲基化修饰类似于DNA甲基化,具有可逆性,拓展了RNA甲基化表观转录组学研究新领域,完善了中心法则表观遗传学规律。     

Cdk6在维持ES细胞自我更新中的作用

细胞周期蛋白依赖性激酶6（cyclin dependent kinase 6,Cdk6）对胚胎早期发育有着重要的作用.然而,它在胚胎干（embryonic stem,ES）细胞中的生物学功能仍不清楚.在该研究中,我们运用RNA干扰技术和基因表达分析方法探索了Cdk6在小鼠胚胎干细胞中的功能及分子机制.结果表明：Cdk6的表达水平与小鼠ES细胞的自我更新密切相关.首先,维甲酸（RA）处理和白血病抑制因子（LIF）去除实验显示 ,随着ES细胞的分化,Cdk6的表达水平明显降低.更为重要的是,RNA干扰介导的Cdk6表达抑制导致ES细胞自我更新相关基因的显著下调,同时伴随细胞分化基因的表达激活,提示Cdk6对维持ES细胞自我更新至关重要.     

两种高效 RNA 干涉载体系统的构建及应用

在真核细胞基因功能研究中, RNA 干涉 (RNAi) 已成为一种强有力的选择性沉默基因表达的实验工具. 建立一套可在哺乳动物培养细胞中高效、经济地表达 siRNA 的载体系统是 RNA 干涉研究的必要前提之一. 从 HepG2 细胞基因组 DNA 中克隆得到 H1 全长启动子 (374 bp),以之为基础构建了两套 RNA 干涉载体系统, pSL 和带有绿色荧光蛋白 (EGFP) 标签的 pESL ,并对 p53 基因进行了相应的 RNA 干涉研究. 干涉质粒瞬时转染 HepG2 细胞后,分别利用半定量 RT-PCR 和蛋白质印迹检测 p53 表达水平. 与商品化载体 pSilencer^TM 3.1-H1 hygro 相比, pSL 和 pESL 对 p53 基因表达具有更高的干涉效率. 结果显示：干涉载体 pSL 和 pESL 能高效特异地下调目的基因表达,可作为哺乳动物中基因功能分析的有效工具.     

动物转基因新技术研究进展

动物转基因技术是21世纪发展最为迅速的生物高新技术之一, 它是指通过基因工程技术将外源基因整合到受体动物基因组中, 从而使其得以表达和遗传的生物技术。动物转基因的关键限制因素是转基因效率和基因表达的精确调控。目前有多种转基因技术, 每一种技术各有其优缺点, 仍然需要进一步研究。随着研究的深入, 转基因技术必将在探讨基因功能、动物遗传改良、生物反应器、动物疾病模型、器官移植等领域有广阔的应用前景。文章综述了近年发展的提高转基因效率的生殖干细胞法、提高转基因精确性的基因打靶法、RNA干扰(RNAi)介导的基因沉默技术和诱导多能干细胞(iPS)转基因技术。新的转基因技术为转基因动物的研究提供了更好的平台, 可以加快促进人类医药卫生、畜牧生产等领域的发展。     

基因敲除动物的研究和应用

目的基因敲除动物是近十几年来发展起来的在个体水平上研究基因功能的一类实验动物,它以基因敲除技术和胚胎干细胞技术为基础,在生命科学研究的各个领域得到了广泛应用。最近两年发展起来的RNA干扰技术仍然不能代替它。本文综述了基因敲除动物在各医学生物领域的研究与应用、浅谈其与RNA干扰技术的比较及其发展前景。     

RNAi在抗病毒防治领域的应用

RNAi是由双链RNA(dsRNA)所诱发的转录后水平上的基因沉默.由于对靶基因沉默作用的高度特异性和高效性,因此近年来用于肿瘤性疾病、感染性疾病、遗传性疾病等疾病的基因治疗研究,特别是在抗病毒领域的研究更是成为其应用热点之一.虽然目前RNAi已经较为广泛地应用于动物病毒及各种疾病病毒的基因治疗研究中,但其在应用过程中还有许多亟待解决的问题.本文就RNAi及其在抗病毒领域的应用研究和其存在的问题展开综述.     

Technique review: how to use RNA interference.

RNA interference (RNAi) has been rapidly adopted as a general method for inhibiting gene expression in most laboratory organisms. This paper discusses how libraries of RNAi reagents are being used to perform genome-wide reverse genetic screens in both model organisms and mammalian cells. Guidelines for designing effective small interfering RNAs and appropriate controls for mammalian RNAi experiments will also be discussed.     

抑制MTM1表达促进胚胎干细胞分化

应用随机RNAi文库,筛选了与胚胎干细胞自我更新和分化调控相关基因,发现了多个阳性候选基因,对其中的1个阳性候选基因肌管素1（myotubularin, MTM1）基因进行了深入研究．MTM1是属于蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPase）蛋白家族的蛋白,其基因突变导致肌管性肌病．MTM1在胚胎干细胞中的功能到目前为止还不清楚．研究证实,MTM1在小鼠胚胎干细胞系CCE和R1均有表达．应用RNA干扰及集落形成实验证明,MTM1表达抑制后,处于自我更新状况胚胎干细胞集落的比例显著增加,提示MTM1在胚胎干细胞自我更新和分化的调控中起了重要的作用．     

Nonviral genetic modification mediates effective transgene expression and functional RNA interference in human mesenchymal stem cells

BACKGROUND: Human mesenchymal stem cells (hMSC) are increasingly the focus of both basic and clinical research due to their ability to strike a balance between self-renewal and commitment to mesodermal differentiation. However, the promising therapeutic utility of hMSC in regenerative medical approaches requires detailed knowledge about their molecular characteristics. Therefore, genetic modification of hMSC provides a powerful tool to understand their complex molecular regulation mechanisms. METHODS: Here we describe a proof of concept approach of separate and combined gene transfer and gene silencing by nonviral DNA transfection of enhanced green fluorescent protein (EGFP) and EGFP-targeted small interfering RNAs (siRNAs) in hMSC. For optimization of nonviral DNA and siRNA transfer different liposomal-based transfection strategies were validated. RESULTS: The highest fraction of EGFP-expressing hMSC was obtained using Lipofectamine 2000 (50%) which also mediated the highest transfection rates of siRNAs into hMSC (>or=92%). Stably EGFP-expressing hMSC maintained their proliferation capacity paired with the ability to differentiate into different mesodermal lineages (bone, cartilage, and fat) without loss of transgene expression. Based on our nonviral nucleic acid delivery technique we showed efficient, functional, and long-term RNA interference (RNAi) in hMSC by gene specific knock-down of transiently and stably expressed EGFP (88-98%). CONCLUSIONS: This is the first demonstration of efficient nonviral transfer of both nucleic acids (DNA and siRNA) into hMSC, exhibiting the potential of targeted modification of hMSC. In particular, the combination of these techniques represents a powerful gene transfer/silencing strategy, thus facilitating detailed genetic approaches to study regulatory networks in stem cell differentiation processes.     

抑制RNA沉默现象的机理及其在生物医学领域内的应用

RNA沉默在机体防御病毒入侵和调控基因表达中发挥着重要的作用,目前已成为一种有效的工具应用于基因功能研究和疾病治疗等领域.RNA沉默现象普遍存在于真核细胞中,然而在宿主与病毒漫长的进化过程中,病毒已经演化出一系列逃逸或抑制RNA沉默作用的方法和途径,使RNA沉默效果显著降低,另一方面,哺乳动物体细胞自身也存在调节RNA沉默功能从而使生命活动的调节更加精细完善.为了使RNA沉默发挥它的潜在效应,人们设计出一系列的策略针对抑制RNA沉默效应以达到弱化抑制的目的.全面总结抑制RNA沉默机制及其应用,从而使人们充分认识到使用RNA沉默技术时应考虑到存在的不利因素.     

NRSF慢病毒干涉载体的构建及功能初步检测

为研究神经元限制性沉默因子(NRSF)负调控神经元及胰岛细胞中神经特异性基因的表达,拟通过RNAi的方法降低NRSF表达以进一步观察其调控的下游基因的表达情况.构建含人胰岛素启动子-荧光素酶(HIP-LUC)的pcDNA3.1报告载体.通过RNAi序列设计软件进行NRSF干涉片段及脱靶对照片段的设计,然后构建慢病毒干涉载体.包装产生慢病毒干涉毒液,用其感染HeLa细胞获得稳定干涉NRSF的细胞株,利用RT-PCR、实时定量PCR、蛋白质免疫印迹、免疫荧光染色等方法检测NRSF的干涉效果及其下游基因的表达情况,观察干涉NRSF后胰岛素启动子报告载体荧光素酶活性的变化.构建具有NRSF干涉效果的慢病毒干涉载体成功,并获得了稳定干涉NRSF及脱靶对照的HeLa细胞株,RT-PCR及实时定量PCR检测结果表明,NRSF干涉片段的干涉效率为56%(n=6,P<0.01),蛋白质免疫印迹、免疫荧光染色方法检测证实干涉后NRSF蛋白表达水平明显降低.RT-PCR实验表明干涉NRSF后下游基因开始表达,荧光素酶活性分析表明,干涉NRSF后胰岛素启动子活性增强了2.4倍(n=3,P<0.01).上述结果表明,成功构建NRSF的慢病毒干涉载体并获得稳定干涉NRSF的HeLa细胞株,干涉NRSF后,其下游基因特别是胰岛素基因开始表达.这一研究工作有助于我们进一步了解NRSF在胰岛细胞发育分化中的调控作用.