吴立刚课题组Nature子刊发布RNAi新工具

【字体: 时间:2015年10月14日 来源:生物通

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  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员报告称,他们设计出了一种替代性的小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)前体,将之命名为saiRNA (single-stranded, Argonaute 2 (Ago2)-processed interfering RNA),并证实这种核酶增强saiRNA可触发有效的基因沉默,且显示更少的脱靶效应。这一研究成果发布在10月12日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

  

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院的研究人员报告称,他们设计出了一种替代性的小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)前体,将之命名为saiRNA (single-stranded, Argonaute 2 (Ago2)-processed interfering RNA),并证实这种核酶增强saiRNA可触发有效的基因沉默,且显示更少的脱靶效应。这一研究成果发布在10月12日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所的吴立刚(Ligang Wu)研究员是这篇论文的通讯作者。其主要研究方向是非编码RNA分子机器的功能、机制及其应用。

自从在秀丽隐杆线虫中发现RNA干扰(RNAi)以来,它已成为了在广泛的细胞中沉默靶基因的一种强大工具,具有极大的治疗潜力。RNAi是由长度大约为21个核苷酸(nt),3′端具有一个2 nt悬突的短RNA双链体——所siRNA触发。在细胞质内,siRNA双链体结合Argonaute (Ago)蛋白并形成RNA诱导沉默复合物(RISC)。随后在RISC内引导链与乘客链分离,只有一条链保留下来。成熟RISC包含一条单链siRNA,可识别具有完全互补序列的mRNAs,在结合位点引导内切核苷酸切割,触发整条mRNA快速降解。

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化学合成siRNAs是一种诱导RNAi的有效方法;然而由于只能短暂敲落靶基因,这种方法的效用有限。当前,短发夹RNA(shRNA)被广泛利用来生成相应的siRNA实现基因沉默,同时可解决siRNA干扰时间短的缺点(延伸阅读:RNAi技术先驱Cell子刊:优化RNAi新工具)。

尽管RNAi具有巨大的基因沉默潜力,适用于体内外各种应用,人们对其仍存在一些保留意见。siRNAs与mRNAs部分碱基配对引起脱靶效应所造成的毒性作用,及通过miRNA样机制会下调许多非预期靶标是人们担心的因素之一。此外,shRNAs可通过竞争对miRNA生物合成及功能至关重要的蛋白质因子破坏内源性miRNA功能,导致许多miRNA调控基因失抑制。

在这篇文章中研究人员报告称,设计出了一种替代性siRNA前体saiRNA,saiRNA包含一个16–18 bp的茎和一个与靶转录物互补的环。导入来自丁型肝炎的一个自我剪切酶到转录saiRNA 的3’端,通过生成一个短3′悬突来促进saiRNA有效结合Ago2,显著提高了它的沉默活性。相同的核酶还可提高Dicer依赖性shRNAs的活性。不同于典型shRNA,在加工过程中Ago2介导链特异性切割saiRNA除去了乘客链,阻止了siRNA与非核水解Ago蛋白。因此降低了脱靶效应。此外,saiRNA较少与内源性miRNAs生物合成产生竞争。

因此,这一核酶增强的saiRNA为RNA干扰应用提供了一个可靠的工具。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Ribozyme-enhanced single-stranded Ago2-processed interfering RNA triggers efficient gene silencing with fewer off-target effects

Short-hairpin RNAs (shRNAs) are widely used to produce small-interfering RNAs (siRNAs) for gene silencing. Here we design an alternative siRNA precursor, named single-stranded, Argonaute 2 (Ago2)-processed interfering RNA (saiRNA), containing a 16–18 bp stem and a loop complementary to the target transcript. The introduction of a self-cleaving ribozyme derived from hepatitis delta virus to the 3′ end of the transcribed saiRNA dramatically improves its silencing activity by generating a short 3′ overhang that facilitates the efficient binding of saiRNA to Ago2. The same ribozyme also enhances the activity of Dicer-dependent shRNAs. Unlike a classical shRNA, the strand-specific cleavage of saiRNA by Ago2 during processing eliminates the passenger strand and prevents the association of siRNA with non-nucleolytic Ago proteins. As a result, off-target effects are reduced. In addition, saiRNA exhibits less competition with the biogenesis of endogenous miRNAs. Therefore, ribozyme-enhanced saiRNA provides a reliable tool for RNA interference applications.

作者简介:

吴立刚

1996年毕业于上海交通大学生物科学与技术系,获学士学位。2001年毕业于中国科学院上海植物生理研究所遗传学专业,获博士学位。2001年至2008年在美国纽约大学(NYU)医学院从事博士后研究。2008年10月起任中科院上海生科院生化与细胞所研究员,“****”入选者。

研究方向:非编码RNA分子机器的功能、机制及其应用

研究工作:目前我们以癌症和精子发生为主要研究系统,研究包括:
(1) 非编码RNA在癌症和精子发生中的新功能。
(2) RNA分子机器调控基因表达的分子机制。
(3) 改造miRNA/RNAi和CRISPR分子机器,减少脱靶,提高效率。
(4) RNA分子机器在高通量筛选和疾病治疗中的应用

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