Cell子刊：基因沉默的新分子工具箱

日期：2013-12-17 09:08:08

來自奧地利維也納分子病理學研究所（IMP）的Johannes Zuber研究小組，成功克服了一種特異關閉基因的獨特方法——RNA干擾(RNAi)的一些關鍵局限。通過采用一種優化設計，科學家們顯著提高了抑制基因的效率和準確性。這種新方法將推動搜尋藥物靶點，改進對于實驗結果的注釋。IMP將向研究人員提供這一“RNAi工具箱”。相關研究結果發表在最新一期的《Cell Reports》雜志上。

RNA干擾（RNAi）是一種自然發生于細胞內的調控機制。稱之為“發夾”的短RNA片段干擾轉錄遺傳信息來沉默基因。RNAi現象最早于1990年在植物中發現，2001年被發現也存在于哺乳動物中。從發現RNAi以來，它一直激勵著科學家們去利用這一新機制來開發實驗性基因抑制工具。除了在基礎生物學研究中的許多應用，RNAi成為了鑒別和研究治療靶基因的一種獨特方法。然而，盡管它們具有巨大的潛力，當前可用的RNAi試劑往往是低效的或是伴隨著一些非特異性的副作用。

受到自然的啟發

Johannes Zuber和同事Christof Fellmann于2010年在冷泉港實驗室（CSHL）工作時，提出了一些改良RNAi技術的想法。“RNAi的基礎原理還未得到充分地了解。為了關閉一種特定基因，研究人員必須測試許多的發夾分子，而往往10個中只有一個足夠有效。為了改良這種方法，我們以自然作為實例，” Zuber說。他最終將這一計劃帶到了IMP，而Fellmann則在一個開發先進RNAi 技術的CSHL生物技術公司繼續他的科學生涯。

一種特別強大且常用的RNAi方法是基于將合成發夾序列嵌入到自然存在的“micro-RNA骨架”中。由此生成了一種模擬自然的RNA構造，一些正常細胞信號通路可對其進行加工。然而，以這種方法設計出的現有試劑其性能仍遠遠不夠完美。

Zuber和他的研究小組對一種人類micro-RNA骨架進行了分析，將焦點放在進化過程中未發生改變的序列部分——標志著它們可能具有一些重要的功能。科學家們發現在常用合成RNAi骨架中其中的一些序列發生了改變。通過糾正這些差異并系統測試許多的設計變異體，Zuber和研究小組設法大大地提高了這一合成RNAi工具的效力。

從甲殼蟲升級到蘭博基尼

Zuber說：“科學的效益是巨大的。”當前的方法需要測試達20個發夾來強有力地抑制一個特定基因，而優化的試劑將數量減少到了平均4個。并且，在高通量篩查研究中使得指定陽性采樣，注釋陰性結果變得更容易。

Zuber做了一個比喻。“我們采用的技術從一個分子甲殼蟲升級到了蘭博基尼。這種升級簡單，可以最小的工作量來改造現有試劑。”Zuber和IMP的同事們向科研團體提供這一方法以及他稱之為“有效RNAi完整工具箱”的試劑。合作伙伴和IMP的同事們已經測試了這些新試劑，并完全證實了其利益。

改進新藥搜尋

在未來，Zuber的研究將在癌癥研究中實現更好地利用RNAi的潛力。盡管付諸了巨大的努力，一些制藥公司仍尚未成功開發出人類RNAi藥物。大規模的“RNAi篩查”代表了一種獨特的程序，可在啟動緩慢和昂貴的新藥研發過程之前，發現并測試最有前景的新藥靶基因。這些優化的RNAi試劑尤其適用于這樣的高通量篩查，以更好地效率和精確度來同時測試更多的基因。更重要的是，導入這些優化的RNAi工具將降低未來治療應用時漏掉有前景的靶標的風險。