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解读诺贝尔医学奖成果RNA干扰机制和医学应用

来源:东北网 2006-10-03 22:46



  年轻的获奖者

  2006年10月2日,现年47岁的Andrew  Z.  Fire和45岁的Craig  C.  Mello由于在RNAi(RNA  interference,RNAi)及基因沉默现象研究领域的杰出贡献而今年诺贝尔医学奖获得者,且获奖日期距其研究发表仅8年时间,获奖速度之快亦令人叹为观止。颁奖委员会评价:“他们发现了控制基因信息流通的基本机制,  解释了困惑这一研究者们许久的难题。”  “像在清晨突然打开窗帘,然后一切都一目了然了”。



  RNAi的殊荣

  2001年,随着人类基因组测序的完成,针对其它多种生物的基因组测序计划也相继开展起来。在未来的一段时间内,科学界将不会出现比人类基因组测序更瞩目的技术。有人将人类基因组测序称为“21世纪科学发展史上的里程碑”、“生物学领域最重要的成就之一”。然而时隔不久,同一年在哺乳动物中发现的RNAI掀起了一场风暴,而且愈演愈烈。《Science》杂志将RNAi称为“2002年的重大突破”(Couzin,2002)。然而,更加令人吃惊和兴奋的是,4年以后的今天,这项技术的始作俑者,Andrew  Fire和Craig  Mello就因此获得2006年诺贝尔医学奖。

  一项全新的技术在提出后短短几年就得到诺贝尔奖的青睐和肯定,此前是绝无仅有的,这也足见RNAi在医学领域的开创性意义和极大的应用前景。



  RNAi的身世

  科学家们最早在植物(Napoli等,1990)和脉孢菌(Neurospora  crassa)  (Cogoni和Macino,1997)中发现了dsRNA诱导的RNA沉默现象。RNAi在这些机体中作为抗病毒的防御体系而发挥作用。虽然在上述发现中,转基因病毒可以编码具有沉默功能的基因片断,并在复制过程中产生dsRNA,但针对RNA沉默现象的决定性发现还是由Andrew  Fire和Craig  Mello首先完成的。早在几年前,在线虫中进行反义RNA实验时,Guo和Kemphues就观察到正义RNA也具有很高的基因沉默活性(Guo和Kemphues,1995)。后来Andrew  Fire和Craig  Mello通过实验阐明了这一反常现象:将反义RNA和正义RNA同时注射到秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis  elegans)比单独注射反义RNA诱导基因沉默的效率高10倍。由此推断,dsRNA触发了高效的基因沉默机制并极大降低了靶mRNA水平(Fire等,1998)。人们将这一现象命名为RNAi  (见综述:Arenz和Schepers,2003)。



  RNAi的机制

  基因所携带遗传信息(即单个基因的具体功能)的传递是通过名为信使RNA的分子进入细胞蛋白合成“工厂”而实现的,而基因功能的研究方法一直是研究工作的拦路虎。Fire和Mello通过线虫实验证实:某些分子触发了特定基因上RNA的破坏,导致蛋白无法合成,出现“基因沉默”,而这一过程便被称为RNAi。天然的RNAi现象存在于植物动物和人类等真核生物的体内,在调解基因活力和预防病毒感染方面起到重要作用。同时他们还发现了有效关闭基因表达的方法,这样当某一特定基因被“沉默”后,其功能便反向的体现出来了。



  RNAi的运用

  RNAi主要通过在转录后(post-transcriptional)水平阻断基因的表达,并借此研究基因的功能。同时它为我们提供了一个治疗疾病的新途径。比如,我们可以按拟定的方式来关闭(shutting  off)非必需或致病基因的功能。从理论上说,若能关闭致病基因的表达则很多疾病将被治愈。动物实验已证明,可以通过RNAi的方法使导致血胆固醇升高的基因“沉默”;病毒性疾病,眼疾,心血管代谢性疾病等方面的临床试验也正在进行中;这一方法为病毒性肝炎、艾滋病和肿瘤等人类顽疾的治疗指了一条新路。

  随着人们对多种生物体基因组序列了解的深入,RNAi技术可以帮助我们更细致地了解复杂的生理学过程。RNAi技术与基因组学、蛋白质组学和功能蛋白质组学密切相关,因此,  RNAi本身可作为一项实验技术为生物工程及制药业等相关行业服务,从而在更深更广的领域发挥其作用。  
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