
PlasmidInfo:
PlasmidInformation
ProductName:pSF-CMV-Puro-NH2-6His-CAT-TEV
ProductCode:OG1347
Size(bp):6842bp
BacterialAntibioticSelection:KanR
OriginandCompatibility:pUChighcopyderivedfrompBR322
BacterialCopyNumber:500-700percell
Promoter:Cytomegalovirus(CMV)immediateearlypromoter/HumanUbiquitinPromoter
PlasmidPurpose:
Thisplasmidisdesignedtoexpresstaggedproteinsinmammaliancellseitherbytransienttransfectionorbycreatingstablecelllines.ItcontainsapuromycinresistanceexpressioncassetteusingthehumanUbiquitinpromotertodriveexpressionandallowfortheselectionofcellscontainingtheplasmid.
AbouttheCleavageTag:Thisplasmidalsoencodesaproteasecleavagesitethatisdesignedtobepositionedbetweenyourgeneofinterestandthetagtoallowtheremovalofthetagfollowingproteinpurificationorisolation.ThisplasmidcontainsaTEVcleavagetag.Theproteinsequenceofthecleavagetagis:ENLYFQG.CleavageoccursbetweentheGluandGlyresidues.TEVisoftenreportedtohavebetterspecificityforitsrecognitionsitecomparedtoEKTThrombinorFaxtorXa.
Formoreinformationonwhichcleavagetagtouseseeourcleavagetagguide.
PromoterExpressionLevel:ThisplasmidcontainsthemammalianCMVpromotertodrivegeneexpression.WehavetestedallofourmammalianpromotersinarangeofcelltypesandCMVisconsistentlythestrongestinthosewehavestudied.HowevertherearemanyreportsoftheCMVpromoterdemonstratingsilencingbymethylationinlong-termculture.ForthisreasonwestockarangeofotherpromotersthatarecompatIBLewiththisplasmidandareavailableonrequest.
Thisplasmidcontainsann-terminalChloramphenicolAcetylTransferase(CAT)reportertagthatcanbefusedtoageneofinteresttoallowproteindetection.
ThisplasmidalsocontainsasecondaryHexa-Histidine(6His)proteintag.Thesequenceofthistagis:HHHHHH
Weprovidearangeofdualpeptidetagplasmids.ThisisbecausesomepeptidetagsprovidespecificBIOLOGicalproperties(e.gsmallmoleculeaffinitynewepitopessolubilityorproteinsecretion)thatarenotprovidedbyothers.
SequenceandMap:
OtherInfo:
TranscriptionTermination:Thisplasmidcontainsthreealternativetranscriptionterminatorsformammalianbacterialandbacteriophage(T7)expression.Thismeansthatonlythepromoterneedstobechangedtoaltertheexpressionsystemyouareusing.Wesellmultiplepromotersthatcanbeusedineachofthesesystems.Thepresenceofeachterminatordoesnotreduceexpressioninthealternativesystems.
Cloning:
MakingProteinFusions:ThisplasmidhasbeendesignedtoallowthreetypesofcloningintothemainMCStojoinacodingsequencewiththetag.
1:SnapFusionCloning:IfyouwouldliketofuseyourcodingsequencetothetagwithminimaladditionalbasesyoucanuseourSnapFusiontechnology.ThisprocessinvolvesamplifyingyourgenebyPCRtoaddspecificrestrictionsitesontotheends.WhenthesesitesarecuttheyproduceanoverhangthatiscompatiblewiththisplasmidcutwithBseRIorBsgI.
Toinsertyourgene:
1:Amplifyyourgenewithprimersdesignedusingthisspreadsheet
2:CuttheplasmidwitheitherBseRIorBsgI.*
3:Cutyourgenewiththeenzymeyouaddedusingthespreadsheet(anyofAcuIBpmIBpuEIBseRIBsgIEciI).
4:ClonethegeneintotheplasmidusingDNAligase.
UsingthismethodwithanN-terminaltagplasmidwillresultinthetagcodingsequenceimmediatelyfollowedbyyourgenesATGstartcodonatthejoin.Thisresultsinaseamlessfusionofthetwosequenceswithnoextrabasesbeingadded.UsingthismethodonC-terminaltagplasmidswillconvertyourgenesstopcodonintoaTAC(TyrY)codonfollowedbytheplasmidtagcodingsequence.Thisresultsinnoextrabasesbetweenyourgeneandthetag.Seethediagrambelowformoreinformation.
*PleasenotethatinsectexpressionplasmidscannotbecutwithBsgIonlyBseRIbecauseofunavoidableconflictingsitesinthebackbone.AlsoYeastplasmidscannotbecutwithBseRIbecauseofunavoidablerestrictionsitesinthebackbone.
Usingthistechniquewillcreateagenefragmentthatcanbeligatedintoanyorour>1500peptideandreportertagplasmids.Ifyouuseoneoftheothertechniquesbelow(GibsonInFusionSeamlessorLIC)youwillneednewprimersforeveryvectoryoucloneintobecausethearmsofhomologywillchangeaccordingtothetagplasmidyouarecloninginto.
Ifyoufindthatyourgenesequencehassitesinitthatmakeusingthiscloningstrategydifficultyoucanstilluseoneofthealternativemethodsbelow(e.g.standardcloningorGibsoncloning).
OpenthePrimerDesignTooltohelpyoudesignprimersforcloningyourgeneinourSnapFusiontechnique.
2:StandardEnzymes:Ifyouarenotconcernedaboutleavingafewextrabasesbetweenthetagcodingsequenceandyourgeneyoucancloneyourgeneintothevectorusingstandardcloningrestrictionenzymes.Thisstrategywillrequireyoutochoosewhichenzymesyouwanttousetocloneyourgene.
OpenthePrimerDesignToolwhichprovidesprimerswithdifferentenzymechoicespositioningyourgeneasclosetothetagaspossibleineachcase.Pleasenotethatstandardenzymeswillalwaysleaveadditionalnucleotidesbetweenyourgeneandthetagbutusingthespreadsheetwillensurethetagandgeneareinframe.
3:Gibsoncloning/InfusionHD/GeneArtSeamless/LigaseIndependentCloning(LIC)Methods:ThesecloningtechniquesusereagentssoldbyothercompaniesandallowyoutofusesequencestogetherusingenzymesthatchewbacktheDNAtoleaveoverlappingends/overhangs.ThesubsequentmethodofjoiningtheDNAdependsonthekitused.Touseoneofthesetechniquesyoucaneitherdesignyourownprimersoryoucanusethespreadsheetbelowtohelpwiththedesign.
OpenthePrimerDesignTooltohelpyoudesignprimersforcloningyourgeneusingGibsonassemblyInfusionHDGeneArtSeamlesscloningorLigaseIndependentCloning(LIC)techniques.
IPStatus:
IntellectualPropertyStatusThisproductispartofourSnapFastplasmidrange,formoreinformationontheIntellectualpropertystatusofthisplasmidpleaseclickhere
ebiomall.com






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在组成型启动子调控下,不同组织器官和发育阶段的基因表达没有明显差异,因而称之组成型启动子,双子叶植 物中最常使用的组成型启动子是花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子,它具多种顺式作用元件。其转录起始位点上游-343~-46bp是转录增强区 ,-343~-208和-208~-90bp是转录激活区,-90~-46bp是进一步增强转录活性的区域,在了解CaMV 35S启动子各种顺式作用元件的基础上,人 们利用它的核心序列构建人工启动子,以得到转录活性更高的启动子,Mitsuhara等利用CaMv 35s核心启动子与CaMV 35S启动子的5‘端不同区段 和烟草花叶病毒的5’非转录区(omega序列)相连,发现把两个CaMV 35S启动子-419~-90(E12)序列与omega序列串联,在转基因烟草中GUS有 最大的表达活性,把7个CaMV35S启动子的-290~-90(E7)序列与omega序列串联,非常适合驱动外源基因在水稻中的表达。用这两种结构驱动 GUS基因表达,在转基因烟草和水稻中GUS活性比单用CaMV 35S启动子高20~70倍。
另一种高效的组成型启动子CsVMV是从木薯叶脉花叶病毒(cassava vein mosaic virus )中分离的。该启动子 -222~-173bp负责驱动基因在植物绿色组织和根尖中表达,其中-219/-203是TGACG重复基序,即as1 (activating sequence 1),-183/-180为 GATA(又称为as2),这两个元件的互作对控制基因在绿色组织中表达至关重要。该启动子-178~-63bp包含负责调控基因在维管组织中表达的 元件。CsVMV启动子在转基因葡萄中驱动外源基因的转录能力与使用两个串联的CaMV35S启动子相当,两个串联的CsVMV启动子转录活性更强。 Rance等利用CoYMV(commelina yellow mosaic virus),CsVMV启动子区和CaMV 35S启动子的激活序列(as1,as2)人工构建高效融合启动子,瞬 时表达实验表明该启动子可驱动报告基因在双子叶植物烟草中高效表达,在单子叶植物玉米中其驱动能力比通常使用的γ玉米蛋白启动子高6倍。因此用这种人工构建的高效 启动子驱动抗病基因或目的蛋白基因,在双子叶和单子叶植物中均可达到较理想的效果。
人们高度重视从植物本身克隆组成型启动子,并初见成效,例如肌动蛋白(actin)和泛素(ubiquitin)等基因的启动子已被克隆。用这些启动子代替CaMV 35S启动子,可以更有效地在单子叶植物中驱动外源基因的转录。Naomi等分别从拟南芥的色氨酸合酶β 亚基基因和植物光敏色素基因中克隆了相应启动子,用其代替CaMV 35S启动子,在转基因烟草中也取得了很好的表达效果。
由于组成型启动子驱动的基因在植物各组织中均有不同程度表达,应用中逐渐暴露出一些问题。例如外源基因在 整株植物中表达,产生大量异源蛋白质或代谢产物在植物体内积累,打破了植物原有的代谢平衡,有些产物对植物并非必需甚至有毒,因而阻 碍了植物的正常生长,甚至导致死亡。另外,重复使用同一种启动子驱动两个或两个以上的外源基因可能引起基因沉默或共抑制现象。因此, 人们寻找更为有效的组织、器官特异性启动子代替组成型启动子,以更好地调控植物基因表达。
②组织特异启动子(tissue-specific promoter)又称器官特异性启动子。在这类启动子调控下,基因往往只在某些特定的器官或组织部位表达,并表现出发育调节的特性。例如烟草的花粉绒毡层细胞中特异表达基因启动子TA29,豌豆的豆清蛋白(leguimin)基因启动子可在转化植物种子中特异性表达,马铃薯块茎储藏蛋白(patatin)基因启动子在块茎中优势表达。
2.1根特异启动子
根的发生和发育是植物发育过程中的重要问题,研究根中特异表达基因及其启动子无疑是重要的。拟南芥根中特异表达的黑芥子酶(myrosinase)是由Pyk10基因编码的。Pyk10启动子中存在若干器官特异性表达和 植物激素应答的特异元件,如ACGT-核心序列、CANNTG-motifs、GATA-motifs、诱导物(elicitor)应答元件W-box((T)TGAC(C))、植物激素应答 元件(如as-1元件、生长素和脱落酸应答元件、Myb元件)和细胞特异表达元件等。其中ACGT,CANNTG,GATA等顺式作用元件是决定组织器官特异 表达的转录因子结合位点,Myb元件在控制植物次生代谢、调节细胞形态建成及信号传导通路中起作用。
根特异表达系统可用于研究转基因植物的高渗胁迫耐受、植物修复和根际分泌等问题。BoriSjuk等用根特异启动 子mas2‘,GFP和烟草钙网蛋白(calreticulin)基因构建融合表达载体,水培转基因烟草结果表明,根细胞不仅能够高效生产GFP,而且可将目的 蛋白质分泌到液体培养基中。因此利用该启动子与其他有用的能编码蛋白质的基因融合,不仅可大量生产目的蛋白质,且更便于回收产物。
2.2 茎特异启动子
Trindade等利用cDNA-AFLP技术从马铃薯中分离了一个与乙醇脱氢酶非常相似的TDF511(transcript derived fragment),其基因Stgan可能参与植物体内影响赤霉素水平的复合物的合成。在NCBI数据库中,比较Stgan启动子与马铃薯的patatin Ⅰ和Ⅱ、 蛋白酶抑制子、nodulin 22K和23K等编码蛋白质基因的启动子,发现它们包含一些可能与蔗糖应答反应有关的共有序列;该启动子还包含植物 中几个保守的转录因子(如Dof1,Dof2,Dof3和PBF)的结合位点。构建Stgan启动子-GUS融合表达载体转化烟草,GUS组织化学染色显示该启动子 驱动基因在茎结节处特异表达,可能参与块茎形成过程。
研究在茎中特异表达基因的启动子,不仅可从分子水平了解茎的发生、分化过程,更重要的是利用这些启动子调 节植物代谢可满足人类需求,如人们对木质素生物合成及其调控的研究。木质素是植物体内仅次于纤维素的一种含量丰富而重要的有机大分子 物质,它的存在对于增加植物机械强度、远距离水分运输和抵抗外界不良环境的侵袭都是非常有益的。然而,木质素的存在也有一定的负面作 用。因此,人们希望通过调节木质素的合成以降低其含量。目前多使用CaMV35S启动子驱动目的基因,近年来已分离一些木质素生物合成途径中 关键酶基因的启动子,如4CL,F5H等基因的启动子,人们正在尝试利用这些特异性启动子来调节木质素的生物合成。Bell-Lelong等已从拟南芥 中分离了肉桂酸羟-4-基化酶(cinnamate-4-hydroxylase,C4H)基因的启动子,本实验室首次从毛白杨中分离了C4H启动子,并对该启动子的功 能进行了初步鉴定。GUS组织化学染色和GUS荧光测定结果表明。G4H启动子驱动外源基因在烟草茎的维管组织中丰富表达,有望将来利用该启动 子驱动功能基因调控木质素的生物合成过程。
2.3 叶特异启动子
Marraccini等从咖啡(coffea arabica)中克隆了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(rubisco)小亚基基因RBCS1, 该基因在一年生植物咖啡的叶中特异表达。研究发现RBCS1启动子上游GTGGTTAAT序列与豌豆RBCS3A启动子的BoxⅡ核心序列相同;在其启动子G -box(GCCACGTGGC)两侧分别有一个类I-box(核心序列为GATAAG),形成I-G-I结构,推测G-box十个碱基的回文结构可能结合某个转录因子;其AT-1 box(AGAATTTTTATT) 与其他RBCS和CAB基因的AT-1 box(AATATTTTTATT)相比只有两个碱基不同;类L-box(AAAATTAACCAA)与马铃薯RBCS1和RBCS3A启动子的相同。由此 可见,植物叶特异表达顺式元件具高度保守性。
有趣的是Taniguchi等在玉米中发现了一个双元启动子系统(dual promoter system)。PPDK(pyruvate, orthophosphate dikinase)是C4植物光合反应中的一个叶绿体酶,该酶基因Pdk具有一个双元启动子系统(C4Pdk启动子和细胞质Pdk启动子)。这 两个启动子的区别在于起始密码子和拼接方式的差异,C4Pdk启动子驱动Pdk转录成较长的mRNA。基因产物定位在叶绿体中;细胞质Pdk启动子在 Pdk基因的第一个内含子中,驱动Pdk转录成较短的mRNA,它所编码的蛋白质定位于细胞质中,又称为细胞质Pdk启动子。C4Pdk启动子是受光诱 导的强启动子,驱动基因在玉米叶肉细胞中特异表达;而细胞质Pdk启动子是个弱启动子,且不具有组织特异性。大多数C4植物的光合作用相关 基因的表达具有细胞特异性,且主要在转录水平调节基因表达活性,因此,可利用该启动子在C4植物叶肉细胞中高效表达外源基因。
完整的表达载体必须包括:
1、复制子,在细菌中扩增时所必须.
2、启动子,目的基因在细菌或细胞中转录所必须,转录了才能翻译,是谓“表达”.
3、原核筛选标记,细菌增菌所必须.
4、真核筛选标记,如果是真核表达,就是必须的.
5、多克隆位点,即酶切位点,插入目的片段的区域.
6、其他所需构件,可视实验设计情况而选用现成载体或在载体上自行添加.
另:表达的起始和终止,在目的基因上附带起始密码子和终止密码子.
1. 宿主范围广, 对人致病性低
腺病毒载体系统可广泛用于人类及非人类蛋白的表达。腺病毒可感染一系列哺乳动物细胞,因此在大多哺乳动物细胞和组织中均可用来表达重组蛋白。特别需要指出的是:腺病毒具有嗜上皮细胞性,而人类的大多数的肿瘤就是上皮细胞来源的。另外,腺病毒的复制基因和致病基因均已相当清楚,在人群中早已流行(70-80%成人体内都有腺病毒的中和抗体存在)。人类感染野生型腺病毒后仅产生轻微的自限性症状,且病毒唑治疗有效。
2.
在增殖和非增殖细胞中感染和表达基因
逆转录病毒只能感染增殖性细胞,因此DNA转染不能在非增殖细胞中进行,而必须使细胞处于持续培养状态。腺病毒则能感染几乎所有的细胞类型,除了一些抗腺病毒感染的淋巴瘤细胞。腺病毒是研究原代非增殖细胞基因表达的最佳系统,它可以使转化细胞和原代细胞中得到的结果直接进行对比。
3.
能有效进行增殖,滴度高
腺病毒系统可产生1010到1011VP/ml,浓缩后可达1013VP/ml,这一特点使它非常适用于基因治疗。
4.
与人类基因同源
腺病毒载体系统一般应用人类病毒作为载体,以人类细胞作为宿主,因此为人类蛋白进行准确的翻译后加工和适当的折叠提供了一个理想的环境。大多数人类蛋白都可达到高水平表达并且具有完全的功能。
5.
不整合到染色体中,无插入致突变性
逆转录病毒可随机整合到宿主染色体,导致基因失活或激活癌基因。而腺病毒则除了卵细胞以外几乎在所有已知细胞中都不整合到染色体中,因此不会干扰其它的宿主基因。在卵细胞中整合单拷贝病毒则是产生具有特定特征的转基因动物的一个较好的系统。
6.
能在悬浮培养液中扩增
293细胞可以适应悬浮培养,这一调整可使病毒大量扩增。大量事实证明悬浮293细胞可在1~20L的生物反应器中表达重组蛋白。
7. 能同时表达多个基因
这是第一个可以在同一细胞株或组织中用来设计表达多个基因的表达系统。最简单的方法是将含有两个基因的双表达盒插入腺病毒转移载体中,或者用不同的重组病毒共转染目的细胞株来分别表达一个蛋白。测定不同重组病毒的MOI比值可正确估计各重组蛋白的相对共表达情况。
正是由于具有以上一些优点,腺病毒被极其广泛地应用于体外基因转导、体内接种疫苗、和基因治疗等各个领域。
各位好,最近构建慢病毒沉默载体,问题是提完质粒酶切验证是阳性,但是测序检测不到插进去的shRNA,已经重复连接转化多次,依旧没有得到阳性质粒,请大神帮忙分析下原因,感谢!!
在生物体内发现主要有三种不同的RNA分子在基因的表达过程中起重要的作用。它们是信使RNA(messengerRNA,mRNA)、转运RNA(tranfer RNA,tRNA)、核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)。RNA含有四种基本碱基,即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。此外还有几十种稀有碱基。
RNA的一级结构主要是由AMP、GMP、CMP和UMP四种核糖核苷酸通过3',5'磷酸二酯键相连而成的多聚核苷酸链。天然RNA的二级结构,一般并不像DNA那样都是双螺旋结构,只有在许多区段可发生自身回折,使部分A-U、G-C碱基配对,从而形成短的不规则的螺旋区。不配对的碱基区膨出形成环,被排斥在双螺旋之外。RNA中双螺旋结构的稳定因素,也主要是碱基的堆砌力,其次才是氢键。每一段双螺旋区至少需要4~6对碱基对才能保持稳定。在不同的RNA中,双螺旋区所占比例不同。【RNA的二级结构】细胞内有三类主要的核糖核酸,即:mRNA、rRNA、tRNA。它们各有特点。在大多数细胞中RNA的含量比DNA多5~8倍。【大肠杆菌RNA的性质】
mRNA
生物的遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列中,但DNA并不直接决定蛋白质的合成。而在真核细胞中,DNA主要贮存于细胞核中的染色体上,而蛋白质的合成场所存在于细胞质中的核糖体上,因此需要有一种中介物质,才能把DNA 上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。现已证明,这种中介物质是一种特殊的RNA。这种RNA起着传递遗传信息的作用,因而称为信使RNA(messenger RNA,mRNA)。
mRNA的功能就是把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来,然后再由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序,完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。在真核生物中,转录形成的前体RNA中含有大量非编码序列,大约只有25%序列经加工成为mRNA,最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别很大,所以通常称为不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)。
tRNA
如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图,则核糖体是合成蛋白质的工厂。但是,合成蛋白质的原材料——20种氨基酸与mRNA的碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此,必须用一种特殊的RNA——转运RNA(transfer RNA,tRNA)把氨基酸搬运到核糖体上,tRNA能根据mRNA的遗传密码依次准确地将它携带的氨基酸连结起来形成多肽链。每种氨基酸可与1-4种tRNA相结合,现在已知的tRNA的种类在40 种以上。
tRNA是分子最小的RNA,其分子量平均约为27000(25000-30000),由70到90个核苷酸组成。而且具有稀有碱基的特点,稀有碱基除假尿嘧啶核苷与次黄嘌呤核苷外,主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。这类稀有碱基一般是在转录后,经过特殊的修饰而成的。
1969年以来,研究了来自各种不同生物,:如酵母、大肠杆菌、小麦、鼠等十几种tRNA的结构,证明它们的碱基序列都能折叠成三叶草形二级结构(图3-23),而且都具有如下的共性:
① 5’末端具有G(大部分)或C。
② 3’末端都以ACC的顺序终结。
③ 有一个富有鸟嘌呤的环。
④ 有一个反密码子环,在这一环的顶端有三个暴露的碱基,称为反密码子(anticodon).反密码子可以与mRNA链上互补的密码子配对。
⑤ 有一个胸腺嘧啶环。
rRNA
核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)是组成核糖体的主要成分。核糖体是合成蛋白质的工厂。在大肠杆菌中,rRNA量占细胞总RNA量的75%-85%,而tRNA占15%,mRNA仅占3-5%。
rRNA一般与核糖体蛋白质结合在一起,形成核糖体(ribosome),如果把rRNA从核糖体上除掉,核糖体的结构就会发生塌陷。原核生物的核糖体所含的rRNA有5S、16S及23S三种。S为沉降系数(sedimentation coefficient),当用超速离心测定一个粒子的沉淀速度时,此速度与粒子的大小直径成比例。5S含有120个核苷酸,16S含有1540个核苷酸,而23S含有2900个核苷酸。而真核生物有4种rRNA,它们分子大小分别是5S、5.8S、18S和28S,分别具有大约120、160、1900和4700个核苷酸。
rRNA是单链,它包含不等量的A与U、G与C,但是有广泛的双链区域。在双链区,碱基因氢键相连,表现为发夹式螺旋。
rRNA在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但16 S的rRNA3’端有一段核苷酸序列与mRNA的前导序列是互补的,这可能有助于mRNA与核糖体的结合。
snRNA
除了上述三种主要的RNA外,细胞内还有小核RNA(small nuclearRNA,snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体(spilceosome)的主要成分。现在发现有五种snRNA,其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中,与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体,在RNA转录后加工中起重要作用。另外,还有端体酶RNA(telomeraseRNA),它与染色体末端的复制有关;以及反义RNA(antisenseRNA),它参与基因表达的调控。
有的RNA分子还具有生物催化作用。
上述各种RNA分子均为转录的产物,mRNA最后翻译为蛋白质,而rRNA、tRNA及snRNA等并不携带翻译为蛋白质的信息,其终产物就是RNA。
2006诺贝尔医学奖成果RNA干扰机制解读
1990年,曾有科学家给矮牵牛花插入一种催生红色素的基因,希望能够让花朵更鲜艳。但意想不到的事发生了:矮牵牛花完全褪色,花瓣变成了白色!科学界对此感到极度困惑。
类似的谜团,直到美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛发现RNA(核糖核酸)干扰机制才得到科学的解释。两位科学家也正是因为1998年做出的这一发现而荣获今年的诺贝尔生理学或医学奖。
根据法尔和梅洛的发现,科学家在矮牵牛花实验中所观察到的奇怪现象,其实是因为生物体内某种特定基因“沉默”了。导致基因“沉默”的机制就是RNA干扰机制。
此前,RNA分子只是被当作从DNA(脱氧核糖核酸)到蛋白质的“中间人”、将遗传信息从“蓝图”传到“工人”手中的“信使”。但法尔和梅洛的研究让人们认识到,RNA作用不可小视,它可以使特定基因开启、关闭、更活跃或更不活跃,从而影响生物的体型和发育等。
诺贝尔奖评审委员会在评价法尔和梅洛的研究成果时说:“他们的发现能解释许多令人困惑、相互矛盾的实验观察结果,并揭示了控制遗传信息流动的自然机制。这开启了一个新的研究领域。”
科学家认为,RNA干扰技术不仅是研究基因功能的一种强大工具,不久的未来,这种技术也许能用来直接从源头上让致病基因“沉默”,以治疗癌症甚至艾滋病,在农业上也将大有可为。从这个角度来说,“沉默”真的是金。美国哈佛医学院研究人员已用动物实验表明,利用RNA干扰技术可治愈实验鼠的肝炎。
目前,尽管尚有一些难题阻碍着RNA干扰技术的发展,但科学界普遍对这一新兴的生物工程技术寄予厚望。这也是诺贝尔奖评审委员会为什么不坚持研究成果要经过数十年实践验证的“惯例”,而破格为法尔和梅洛颁奖的原因之一。
诺贝尔生理学或医学奖评审委员会主席戈兰·汉松说:“我们为一种基本机制的发现颁奖。这种机制已被全世界的科学家证明是正确的,是给它发个诺贝尔奖的时候了。”
补充
核糖核酸(缩写为RNA,即Ribonucleic Acid),存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。
RNA由核糖核苷酸经磷酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种,即A腺嘌呤,G鸟嘌呤,C胞嘧啶,U尿嘧啶。其中,U(尿嘧啶)取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成为RNA的特征碱基。
与DNA不同,RNA一般为单链长分子,不形成双螺旋结构,但是很多RNA也需要通过碱基配对原则形成一定的二级结构乃至三级结构来行使生物学功能。RNA的碱基配对规则基本和DNA相同,不过除了A-U、G-C配对外,G-U也可以配对。
在细胞中,根据结构功能的不同,RNA主要分三类,即tRNA(转运RNA), rRNA(核糖体RNA), mRNA(信使RNA)。mRNA是合成蛋白质的模板,内容按照细胞核中的DNA所转录;tRNA是mRNA上碱基序列(即遗传密码子)的识别者和氨基酸的转运者;rRNA是组成核糖体的组分,是蛋白质合成的工作场所。
在病毒方面,很多病毒只以RNA作为其唯一的遗传信息载体(有别于细胞生物普遍用双链DNA作载体)。
1982年以来,研究表明,不少RNA,如I、II型内含子,RNase P,HDV,核糖体大亚基RNA等等有催化生化反应过程的活性,即具有酶的活性,这类RNA被称为核酶(ribozyme)。
20世纪90年代以来,又发现了RNAi(RNA interference,RNA干扰)等等现象,证明RNA在基因表达调控中起到重要作用。
在RNA病毒中,RNA是遗传物质,植物病毒总是含RNA。近些年在植物中陆续发现一些比病毒还小得多的浸染性致病因子,叫做类病毒。类病毒是不含蛋白质的闭环单链RNA分子,此外,真核细胞中还有两类RNA,即不均一核RNA(hnRNA)和小核RNA(snRNA)。hnRNA是mRNA的前体;snRNA参与hnRNA的剪接(一种加工过程)。自1965年酵母丙氨酸tRNA的碱基序列确定以后,RNA序列测定方法不断得到改进。目前除多种tRNA、5SrRNA、5.8SrRNA等较小的RNA外,尚有一些病毒RNA、mRNA及较大RNA的一级结构测定已完成,如噬菌体MS2RNA含3569个核苷酸。


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