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    《自然—生物技術》:研究發現siRNA體內傳遞機制

    2007.9.25
    小RNAs如何進入哺乳動物細胞?
     
    上個世紀90年代挪威的研究人員發現在矮牽牛(petunias)中有一種特殊基因的額外拷貝可以抑制其活性,而不是如之前假想的增強其活性。幾年之后這種基因研究發現其機制基于細胞中mRNA的降解,最終在90年代末期諾貝爾獲得者Andrew Fire和Craig Mello建立了RNA干擾(RNA interference,RNAi)技術解決了這一問題:利用雙鏈RNA特異有效關閉基因。科學家們利用秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans,簡稱C. elegans)進行研究,但是之后Fire和Mello在利用RNAi傳遞進脊椎動物的時候出現了許多問題。尤其是小RNAs,即siRNAs(small interfering RNAs),在動物操作中十分困難。雖然利用不同的方法,比如高壓噴射(high-pressure injections)或者膽固醇協力,可能可以成功傳遞siRNAs,但是其機制至今并不清楚。
     
    來自蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zürich)分子系統生物學研究院的教授Markus Stoffel與Alnylam公司合作,成功闡明了哺乳動物中與脂肪酸結合的siRNA如何被吸收的機制。這一研究文章最早公布在《自然—生物技術》(Nature Biotechnology)網站上,同時將以siRNA治療可能性的內容出現在11月印刷版上,因為Sotffel表示siRNA能與不同的脂肪酸有效結合。
     
    膽固醇轉運子(transporters)扮演著重要角色

     
    Stoffel和他的研究團隊將目光轉移到膽固醇修飾siRNA上,并不是因為基于這種復合物的方法特別有效,而是因為這種方法副作用小。所有的研究人員首先希望知道siRNA是否能被綁定到出來膽固醇以外的其它疏水親脂性物質上,從而能同時減少肝臟的一個靶基因的活性。結果證明有幾種這樣的脂肪酸(fatty acids),但是到底血液中這些RNAs結合的所謂的疏水親脂物質是什么呢?
     
    蘇黎世聯邦理工學院的研究人員通過脂肪酸研究發現,這些結合的partners就是鼎鼎有名的膽固醇轉運蛋白:高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)和低密度脂蛋白( Low Density Lipoprotein,LDL),以及血液中隨處可見的血清白蛋白(albumin)。如果沒有這些脂蛋白離子,那么siRNAs就無法被吸收入組織中。
     
    在另一項研究中,科學家證明如果siRNA-脂肪酸分子在實驗之前已經牢固的結合到了HDL和LDL上,就能更加有效地被吸收,Stoffel研究小組也發現一個siRNA-脂肪酸分子是結合到HDL上還是LDL上,會影響這種吸收的特異性,會傳遞到不同的組織:所有LDL復合物啟動肝臟的反應,而HDL復合物則在腸或腎中起作用。
     
    一個令人氣憤的發現
     
    后一個發現說明siRNA吸收需要HDL和LDL受體,研究人員通過失活這些受體證明這一假設,結果發現受體失活后,siRNA就不能被傳遞吸收。盡管獲得了這些研究結果,但是Stoffel還是感到有一些氣憤——他發現很難想象這些siRNA通過如HDL一般正常的吸收途徑進入細胞,因為這一路線將會引入細胞自身的消化系統,其中的溶酶體會把siRNAs降解。那么這些siRNAs如何能避開這種降解呢?Stoffel認為siRNAs可能利用了一種不同的入口進入細胞,因此HDL和LDL受體只在停靠位(docking station)而不是入口處起作用。
     
    但是這一不同的入口是什么呢?蘇黎世聯邦理工學院的研究人員想起了一個線蟲細胞siNRA吸收必需的基因產物:Sid1,在哺乳動物中也有一個這一基因的同源異型體(homologue)。研究人員將這一基因失活,發現在哺乳動物中Sid1也是必需的。整個發現獲得了一個完整siRNA機制,從開始與特異脂肪酸結合,到連接到疏水性蛋白上,傳遞至組織細胞中。
     
    研究與治療的前景
     
    Stoffel認為通過他們的工作,能確定出siRNA吸收機制中最重要的元素,然而他也表示也有可能更多的分子在其中扮演了重要的角色。但是由于這是第一次深入研究這一機制,因此很有可能促進這一技術的快速發展。比如,Stoffel研究團隊想要了解HDL和LDL是否能被合成蛋白或富集脂質粒子所替代,這樣這一技術就可以用于基因治療中。
     
    而且siRNA doors的確定也開啟了基礎研究的新方法——也許可以用miRNAs替代siNRA,同樣的機制對于miRNA抑制子而言也應該有效。由于越來越多的研究人員認為miRNA在基因調控中發揮了一個決定性的作用,因此miRNA的靶向及抑制也許通過這一研究結果能獲得進一步的發現。
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