正文 第十四章 治療性siRNA的優化(一)(3 / 3)

因此,2′-O-甲基修飾的siRNA,設計為非炎性,在體內顯示了與未修飾的siRNA相同的潛能,但沒有與未修飾siRNA全身應用相關的其他的脫靶效應。這種方法將普遍應用在基因目標的廣泛領域,在治療背景下顯示良好的應用前景。通過阻止幹擾素和細胞因子的誘導作用,能限製基因表達的發生脫靶效應的潛能,同時提高siRNA組成成分的耐受性。

14.1.1.3.3脫靶效應、mRNA結構和蛋白效應

許多的mRNA的變化是由於存在部分互補位置的siRNA引導鏈的相互作用,因此被認為是脫靶效應。所以檢測mRNA對脫靶效應siRNA的相互作用是很重要的,Overhoff M等通過計算機軟件進行mRNA二級結構的預測,並用RNase H mapping對照,發現mRNA二級結構可以幹擾siRNA的作用。如Argonaute 2(AGO2)是AGO家族唯一能催化標準siRNA分裂的蛋白,在轉染了一個不完全互補的siRNA下調AGO2後,並沒有明顯影響mRNA敲低的程度。這些結果提示大部分非靶向mRNA的降低並不依賴降解過程的AGO2。這說明幹擾siRNA的作用可能與mRNA二級結構有關。Luo K Q等建議用氫鍵係數參數來代表mRNA的二級結構,並通過實驗發現siRNA的沉默效率與氫鍵係數成反比關係,沉默效率確實與mRNA二級結構有關係。Schubert S等構建具有二級結構的靶mRNA載體。實驗證明,靶目標區域的二級結構越複雜,siRNA的沉默效率就越低。

部分研究者生產了一係列的mRNA:包含單鏈雙鏈錯配,凸出siRNA,與11非經典的堿基對相互作用,結合位點位於整合報道基因的3′UTR,以及包含9~11位置的錯配siRNA複合體,結果引起接近一半的雙倍的或更多的mRNA降低,並伴有不同程度的蛋白質敲低。然而,各種RNA的mRNA與蛋白質的分析表明:siRNA複合體揭示mRNA和蛋白質水平並不相關。降解產物的分析結果發現mRNA的恢複,與外源性基因的不完全互補的siRNA作用有關,揭示降解產物的小片段與標準的siRNA切割位點map。

14.1.1.3.4RNA幹擾的脫靶效應能誘導樹突棘和突觸收縮

哺乳動物通過細胞中雙鏈DNA的表達RNAi的誘導能激活先天的抗病毒反應途徑,這擾亂脫靶基因的表達。在鼠的海馬錐體神經元的發夾RNAs(shRNAs)的表達有脫靶效應,能減少樹突狀結構的複雜性和觸發樹突棘的丟失。在靜止期膜電位,RNA Morphological的改變伴隨著電生理的混亂,並且有興奮和抑製突觸的數量和長度的減少。這些依賴於shRNA序列的混亂與目標蛋白的鑒別無關。所以,RNAi的脫靶效應會嚴重擾亂神經結構和功能,導致受腦電圖影響的細胞的功能退化。

14.1.2設計高度特異的siRNA

14.1.2.1siRNA的設計

由於不同的siRNA序列沉默基因的效率存在很大的差別,因此siRNA序列的結構是RNAi作用成功與否的關鍵。那麼如何設計siRNA序列的結構呢?2001年,Elbashir S M等應用化學合成的siRNA誘導哺乳動物發生RNAi,並在此基礎上提出了siRNA序列的設計方法可遵循以下的幾個理念:①利用有效的工具軟件,確定所設計的siRNA是否能特異靶向目的基因,這也是目前應用最廣泛最普遍的方法之一;②在基因組中設置無對應序列的siRNA作為對照;③建議從起始密碼下遊50~100nt開始搜索siRNA,就可避免5′或3′端的UTRs的蛋白結合位點的影響,可選擇5′AA(N19)UU序列或5′AA(N21)或5′NA(N21)序列;而且G/C含量盡量控製於30%~80%之間。Elbashir S M的設計理念具有一定的指導意義,但是各種研究結果證明該方法篩選特異性的siRNA效率很低。目前,影響siRNA功能的因素包括很多方麵,如靶mRNA的空間結構、siRNA序列的本身結構特點、siRNA與mRNA錯配、RISC與siRNA的相互作用等。因此,理性設計有效的siRNA就成為實驗成功的一個關鍵因素,成為siRNA研究的一個重要方向。

目前,siRNA的理性設計依據可以歸納為兩方麵:①根據生物信息係統軟件,以有效序列自身的結構特點為依據而建立的設計規律。②根據siRNA序列上的能量分布尤其是氫鍵的能量分布規律而提出的設計方法。

14.1.2.1.1根據有效序列自身的結構特點設計siRNA

Reynolds A通過測定針對2個基因合成的180條siRNA的沉默效率,總結出理性設計有效siRNA的原則:有義鏈15~19位至少有3個腺嘌呤或尿嘧啶,其中有義鏈19位和3位為腺嘌呤(A),10位為尿嘧啶(U),9位非鳥嘌呤(G)或胞嘧啶(C),13位非鳥嘌呤,且GC含量在30%~52%之間;避免出現莖環。在此基礎上Amarzguioui M等研究進一步補充了設計原則:siRNA有義鏈3′端的高A/U,5′端的低A/U,1位的非U,19位的非G,16位的C,能增強沉默效率。這些原則已經被普遍應用於siRNA的序列設計。