哺乳动物细胞的RNAi技术策略

哺乳动物细胞的RNAi技术策略
目前RNAi技术已经进入了生物科学研究的许多领域，成为了一种主要的生物学研究工具，发展得相当迅速，并受到了此次诺贝尔奖评审委员会的青睐，获得2006年诺贝尔奖医学/生理奖。然而这一才历经十个年头的技术依然对于许多研究人员来说还是很陌生的，以下是有关RNAi技术在哺乳动物细胞中应用的具体设计策略，主要来自于《遗传》杂志2005年“RNA干涉（RNAi）技术应用于哺乳动物细胞的研究策略”，希望能给从事或者准备从事RNAi相关实验的研究人员以帮助。
哺乳动物细胞的RNAi技术策略
一、靶siRNA序列选择
靶siRNAA序列选择是RNAi实验成败的关键。哺乳动物细胞RNAi实验中，使用zui广泛且zui有效的是21bp siRNA。siRNA由正义链和反义链组成，两条链3’端均有2个碱基突出，一般为UU或dTdT，其中正义链的前19nt与靶基因序列相同。
1. siRNA设计的原则
SiRNA双链设计时，一般在靶mRNA起始密码下游100—200bp至翻译终止密码上游d0—100bp的范围内搜寻AA序列，并记录每个AA3’端相邻19个核苷酸作为候选si.RNA靶位点。其中AA（N19）TT是的序列，若靶mRNA中无此序列，亦可选用NA（N21）或NAR（N17）YNN（R表示嘌呤，Y表示嘧啶），但在合成时，siRNA的正义链3’端需用dT—dT代替。TuscRl等建议设计的siRNA不要针对mRNA的5’和3’端非编码区，因为这些区域有丰富的调控蛋白结合位点，而UTR结合蛋白或者翻译起始复合物可能会影响siRNP（siRNA protein complex，核酸内切酶复合物）结合mRNA，从而影响siRNA干扰的效果。zui后还应将候选siRNA序列在GenBank进行BLAST检索，与非同源基因具有3个或哺乳动物细胞的RNAi技术策略
3个以上碱基相异的序列方可选用。
2. siRNA的序列结构特征
除了靶序列位点的选择，siIRNA序列本身结构特征亦会影响到RNAi效率。RNAi实质上可视为一个RNA与蛋白质互作过程，包括siRNA与RISC结合、RISC的激活以及RISC与靶mRNA的结合和切割，这种互作效应的存在，往往造成siRNA链的选择具有偏爱性。Reynolds等通过对2个基因的180条siRNA序列分析，归纳出以下8个与siRNA性相关的特征:G/C含量低（30%-52%），正义链3’端具较低稳定性（有利于siRNA与RISC的结合和解链），无反向重复序列（有利于减小siRNA的有效作用浓度，提高siRNA干扰效率），正义链碱基的偏爱性A19（正义链中第19位碱基为A，如下表示类同）；A3；U10；无G/C（正义链中第19位碱基不为G或C）；无G13。依此规则，Reynolds等设计的30条siRNA中有29条是有效的。Kumiko等亦认为siRNA反义链5’端为A/U（即有义链U/A）19和zui后7个碱基中有5个A/U，会有助于RNAi的发挥，且正义链G/C1和序列中无连续9nt以上的GC重复片段与基因沉默效率呈显著相关。有趣的是，该实验还表明这些规则同样适用于DNA介导的RNAi（DNA-based RNAi.）实验。此外，Amarzguioui等发现正义链5’与3’端的前3个碱基中A/U含量不对称（3’端含量应高一些）和A6对siRNA 的活性亦影响很大。根据上述结果，可以初步绘制出一个siRNA序列结构的精细与简略示意图。

现已知道siRNA的反义链决定着靶位点识别，那么在不影响siRNA作用功效的前提下，是否可以对其正义链碱基作适当更改或修饰呢？Amarzguioui等研究siRNA不同部位对碱基突变和化学修饰的耐受性，认为siRNA的5’端相对于3’端具有对突变的较高耐受性。有学者认为正义链3’突出端的任何碱基修饰对siRNA作用效果均无明显影响。还有学者认为与反义链互补的正义链3’端发生1—4个碱基的错配反而有助于增强RNAI的活性。
二、siRNA制备方法
目前为止较为常用的5种制备siRNAs的方法包括
化学合成
体外转录
长片断dsRNAs经RNase III 类降解 （e.g. Dicer, E. coli, RNase III）
siRNA表达载体或者病毒载体在细胞中表达siRNAs
PCR制备的siRNA表达框在细胞中表达
前面3种方法包括体外制备siRNAs然后经过转染或者电转导入哺乳动物细胞后面两种方法则依赖能够表达siRNAs的DNA载体或者表达框转染到细胞中。每种方法都有自己的优点和缺点。哪种是的方法，其实取决于实验目的。这里简单介绍这5种方法，优点和缺点，以及它们的应用。
siRNA的设计
除了方法3以外，其他的方法都在制备siRNA 前都需要单独设计siRNA序列。关于怎样设计siRNA以及siRNA设计对siRNA功能的影响，尽管我们不断掌握越来越多有关设计原则的信息。但这仍然不是的。通常来说，每个目标序列设计3—4对siRNAs，在后面的实验中选择zui有?的那个。网上有提供免费的siRNA设计工具。
体外制备
1.化学合成
尽管化学合