侯瑩孫西魁唐明青,2
(1.華僑大學(xué)生物醫(yī)學(xué)學(xué)院&分子藥物研究院,泉州 362021;2.分子藥物教育部工程研究中心,廈門 361021)
從功能部件看小干擾RNA表達(dá)載體的發(fā)展
侯瑩1孫西魁1唐明青1,2
(1.華僑大學(xué)生物醫(yī)學(xué)學(xué)院&分子藥物研究院,泉州 362021;2.分子藥物教育部工程研究中心,廈門 361021)
RNA干擾作為轉(zhuǎn)錄后基因沉默的有效途徑,在基因調(diào)控、功能分析及疾病防治等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。小干擾RNA表達(dá)載體的誕生實(shí)現(xiàn)了RNA干擾技術(shù)持續(xù)、穩(wěn)定和可控性應(yīng)用,是實(shí)現(xiàn)基因沉默的理想選擇。目前干擾性小RNA表達(dá)載體雖已發(fā)展到第二代,也開(kāi)發(fā)出多種商品化的產(chǎn)品,但依然未能很好地解決其高效、安全、可控性方面的矛盾,發(fā)展陷入了瓶頸期。因此,從載體自身角度出發(fā),通過(guò)系統(tǒng)分析其功能部件的特點(diǎn),縱觀小RNA載體的歷史淵源、發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題和發(fā)展方向等問(wèn)題,為干擾性小RNA表達(dá)載體的優(yōu)化與選擇提供相關(guān)理論指導(dǎo)。
小干擾RNA;表達(dá)載體;表達(dá)元件;短發(fā)夾式RNA載體;人工微小RNA載體
RNA干擾(RNA interference,RNAi)作為生物界普遍存在的一種抵御外來(lái)基因感染的保守機(jī)制,本質(zhì)上是一種由內(nèi)源性或外源性雙鏈RNA(double strand RNA,dsRNA)引起的靶基因特異性沉默效應(yīng)(gene silence),已被廣泛應(yīng)用于基因敲除、基因調(diào)控、功能分析和疾病防治等方面,并在基因治療(gene therapy)中嶄露頭角[1-4]。能引起RNAi效應(yīng)的分子稱為干擾性小RNA分子(interfering small RNA),多為19-29個(gè)核苷酸(nt)的非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA),主要包括小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)、微小RNA(microRNA,miRNA)和piwi蛋白R(shí)NA(piwi interacting RNA,piwi-RNA)幾類,是RNAi效應(yīng)的最終“執(zhí)行者”。
目前,干擾性小RNA分子的產(chǎn)生主要依賴于化學(xué)合成(chemical synthesized)和載體表達(dá)(vector expression)兩種途徑。前者由于體外合成錯(cuò)誤率高、體內(nèi)穩(wěn)定性差、成本高及后續(xù)操作條件苛刻等原因,極大的限制了其在現(xiàn)代生物學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展;而干擾性小RNA的載體化表達(dá),即將目的小RNA嵌入特定的載體中進(jìn)行表達(dá),能很好的彌補(bǔ)化學(xué)合成型小RNA的諸多不足,有望實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效、安全、可控性表達(dá),為個(gè)體化及靶向性基因治療奠定了基礎(chǔ)[5]。當(dāng)前干擾性小RNA表達(dá)載體雖然已經(jīng)發(fā)展到第二代,也開(kāi)發(fā)出了多種商品化的產(chǎn)品,但依然未能很好的解決其高效、安全、可控性方面的矛盾,發(fā)展陷入了瓶頸期。因此,本文從載體自身角度出發(fā),通過(guò)系統(tǒng)分析其功能部件的特點(diǎn),縱觀小RNA載體的歷史淵源、發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題和發(fā)展方向等問(wèn)題,為干擾小RNA表達(dá)載體的優(yōu)化與選擇提供相關(guān)理論指導(dǎo)。
干擾性小RNA表達(dá)載體是一類經(jīng)濟(jì)、高效的載體,由啟動(dòng)子(promoter)、表達(dá)骨架(expression backbone)、目的小RNA序列及輔助元件(auxiliary component)組成。在實(shí)際元件組裝中,先將目的小RNA序列插入表達(dá)骨架后形成小RNA表達(dá)框,隨后在表達(dá)框的上下游分別加入相應(yīng)的啟動(dòng)子和輔助元件而形成完整的干擾性小RNA表達(dá)載體。因此,小RNA表達(dá)框的確定是整個(gè)干擾性小RNA表達(dá)載體構(gòu)建的核心部分。目前主要通過(guò)化學(xué)合成和PCR法來(lái)獲取目的小RNA表達(dá)框[6,7],前者適用于較短小的小RNA表達(dá)框,而后者適于長(zhǎng)片段的小RNA表達(dá)框[5,8]。
表1 三類干擾性小RNA表達(dá)載體的對(duì)比分析
1.1 啟動(dòng)子
啟動(dòng)子是DNA鏈上一段能與RNA聚合酶(RNA polymerase)結(jié)合并促進(jìn)起始RNA合成的序列,是基因表達(dá)不可缺少的元件。用于干擾性小RNA表達(dá)載體的啟動(dòng)子主要為RNA聚合酶Ⅲ啟動(dòng)子(PolⅢ)及RNA 聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子(Pol Ⅱ)兩類(表1)。前者如U6和H1,具有固定的起始位點(diǎn),遇到4-6個(gè)連續(xù)的胸腺嘧啶(T)即終止轉(zhuǎn)錄,能高效、精確地合成目的小RNA序列,但此類啟動(dòng)子不宜攜帶較大片段的報(bào)告基因或其他功能性基因,同時(shí)缺乏組織特異性,且易產(chǎn)生脫靶效應(yīng)(off-target)和細(xì)胞毒性(cytotoxicity),目前主要用于siRNA的載體化表達(dá)[5,6]。而PolⅡ啟動(dòng)子如CMV和CAG等,無(wú)固定的啟動(dòng)位點(diǎn),啟動(dòng)能力強(qiáng),可攜帶大片段的報(bào)告基因或其他功能性基因亦不會(huì)因少數(shù)連續(xù)的胸腺嘧啶而終止轉(zhuǎn)錄,因此更有利于實(shí)現(xiàn)靶向性和可控性表達(dá),廣泛用于內(nèi)源性miRNA及人工miRNA(artificial miRNA,amiRNA)的載體化表達(dá)[9,10]。
1.2 表達(dá)骨架
表達(dá)骨架由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)(hairpin structure)的小RNA分子模板及側(cè)翼序列(flanking sequence)構(gòu)成。其中發(fā)夾結(jié)構(gòu)由正義鏈(sense strand)、反義鏈(antisense strand)及連接兩部分的套索結(jié)構(gòu)(lariat)組成,是目的小RNA序列能否成功表達(dá)的決定性因素[5,11]。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)模擬內(nèi)源性miRNA分子的骨架結(jié)構(gòu),能夠有效避免外源性目的小RNA在體內(nèi)表達(dá)時(shí)所產(chǎn)生的細(xì)胞毒性及對(duì)內(nèi)源性miRNA通路的干擾作用[20],amiRNA表達(dá)骨架則采用此種方法構(gòu)建。課題組前期研究亦表明,不同表達(dá)骨架對(duì)相同目的小RNA序列的表達(dá)效率最高可相差3個(gè)數(shù)量級(jí),同一表達(dá)框?qū)Σ煌康男NA序列的表達(dá)效率最多相差近150倍,而且不同種屬來(lái)源的表達(dá)框在相同宿主中表達(dá)效率相差多達(dá)82倍。這不僅體現(xiàn)了表達(dá)骨架對(duì)干擾性小RNA表達(dá)載體的決定性作用,更暗示了其與目的小RNA序列、宿主起源之間的密切關(guān)系。鑒于此,今后的研究更應(yīng)注重表達(dá)骨架的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化關(guān)系上的問(wèn)題。
1.3 目的小RNA序列
與常見(jiàn)蛋白基因表達(dá)載體不同,干擾性小RNA表達(dá)載體中的目的序列主要為長(zhǎng)約20 bp的非編碼序列,其本質(zhì)是特定mRNA分子的反向互補(bǔ)序列。目前常見(jiàn)的小RNA序列主要有siRNA、amiRNA和miRNA三種,前兩種可先借助軟件設(shè)計(jì)獲取理論上的干擾性小RNA序列,再通過(guò)功能性實(shí)驗(yàn)最終獲取目的干擾性小RNA序列[14],而后者主要參考miRNA文庫(kù)(miRNA database),如miRbase[12,21]。
1.4 輔助元件
成功構(gòu)建一個(gè)干擾性小RNA表達(dá)載體除了具有上述主要元件外,還需要其他元件的輔助,如報(bào)告基因(reporter gene)、增強(qiáng)子(enhancer)、終止子(terminato)等。報(bào)告基因是整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的指示劑,如綠色熒光蛋白(green fluorescent proteins,GFP)、增強(qiáng)綠色熒光蛋白(enhance green fluorescent proteins,EGFP)、β-半乳糖苷酶(LacZ)、熒光素酶(fluc)等[5,15],由于這些報(bào)告基因都是近1 kb的大片段,目前大多局限應(yīng)用在pol II啟動(dòng)子所在的干擾性小RNA表達(dá)載體中。增強(qiáng)子是用來(lái)增強(qiáng)啟動(dòng)子工作效率的順式作用元件,能有效促進(jìn)目的小RNA的轉(zhuǎn)錄,常用的有SV40[22]、Ago2[8]等。終止子是小RNA序列轉(zhuǎn)錄的終止序列,常用的有TTTTT(T)序列[23]和SV40polyA序列[24]。前者僅限用于Pol III啟動(dòng)子所在的干擾性小RNA表達(dá)載體,而后者則多見(jiàn)于Pol II啟動(dòng)子所在的干擾性小RNA表達(dá)載體。
第一個(gè)干擾性小RNA載體pSUPER的誕生讓人們看到了干擾性小RNA載體化表達(dá)的重要性和優(yōu)越性[6]。隨后,干擾性小RNA載體迎來(lái)了5年的黃金發(fā)展期,各種標(biāo)志性的干擾性小RNA載體相繼被報(bào)道[5,17,18],但近幾年卻未見(jiàn)革命性突破。目前,人們根據(jù)干擾性小RNA載體中表達(dá)骨架和目的小RNA的不同,將RNA表達(dá)載體分為短發(fā)夾式RNA載體(short hairpin RNA vector,shRNA vector)、內(nèi)源性miRNA載體(miRNA vector)和人工合成miRNA載體(artificial miRNA vector,amiRNA vector)3大類(表1)。不同類別的載體不僅反映了其自身結(jié)構(gòu)特性的差異,同時(shí)也體現(xiàn)了不同的歷史淵源。shRNA載體作為早期干擾性小RNA載體的代表,其衍生產(chǎn)品早已被廣泛應(yīng)用。而amiRNA載體則代表了干擾性小RNA載體發(fā)展的第二個(gè)重要時(shí)期,正日益受到人們青睞。當(dāng)然,miRNA載體作為amiRNA載體的模擬對(duì)象,一直是amiRNA載體誕生和改進(jìn)的源泉與動(dòng)力。
2.1 shRNA載體
早在2002年,研究者將目的siRNA序列嵌入至短發(fā)夾式小RNA表達(dá)骨架中,成功實(shí)現(xiàn)了干擾性小RNA的載體化表達(dá),構(gòu)建了第一個(gè)shRNA表達(dá)載體[5]。shRNA表達(dá)載體的誕生開(kāi)啟了RNAi載體化的先河,給小RNA的表達(dá)帶來(lái)了一個(gè)全新的突破。因此,shRNA載體亦被稱為第一代干擾性小RNA表達(dá)載體。
shRNA載體的表達(dá)骨架由兩段反向互補(bǔ)排列的核苷酸序列及一小段用于形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)的間區(qū)組成,能轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一個(gè)具有緊密發(fā)夾環(huán)(tight hairpin turn)結(jié)構(gòu)的RNA序列。隨后,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物流向siRNA發(fā)生途徑,在胞內(nèi)Dicer酶的作用下直接加工成目的siRNA,發(fā)揮特異性抑制靶基因的作用,因此能產(chǎn)生高效率的基因沉默現(xiàn)象[5]。與傳統(tǒng)的化學(xué)合成型siRNA相比,shRNA表達(dá)載體時(shí)效性更長(zhǎng),成本更低,較少量的shRNA表達(dá)載體即可產(chǎn)生良好的抑制效果(表1),被廣泛應(yīng)用于個(gè)體及系統(tǒng)性基因調(diào)控研究和RNAi文庫(kù)(RNAi library)的建設(shè)。
由于shRNA載體主要采用Pol III啟動(dòng)子和TTTTT(T)終止子進(jìn)行目的小RNA序列的轉(zhuǎn)錄,不能進(jìn)行組織特異性調(diào)控,也不宜攜帶報(bào)告基因或其他功能性基因,這很大程度的影響了其在現(xiàn)代基因治療中的應(yīng)用前景(表1)。同時(shí),隨著研究的深入,shRNA載體的其他諸多缺陷也開(kāi)始引起人們的重視,如存在脫靶效應(yīng)[17]、易產(chǎn)生細(xì)胞毒性和干擾內(nèi)源性miRNA通路[21,25]等問(wèn)題(表1)。鑒于此,后續(xù)的研究主要集中在載體結(jié)構(gòu)優(yōu)化上,以期實(shí)現(xiàn)shRNA載體高效、安全、特異性表達(dá)。Schopman等[11]通過(guò)優(yōu)化載體中發(fā)夾環(huán)的序列、結(jié)構(gòu)和大小,成功設(shè)計(jì)了靶向HIV-1基因的高效shRNA表達(dá)載體,使對(duì)靶基因的抑制率提高到原來(lái)的7倍;Chumakov等[26]在優(yōu)化莖環(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多目的小RNA序列的串聯(lián)表達(dá),并采用不同種Pol Ⅲ啟動(dòng)子分別調(diào)節(jié),大大提高了siRNA的表達(dá)率及對(duì)靶基因的抑制率。
2.2 miRNA載體
miRNA表達(dá)載體作為一類高效、低毒的表達(dá)載體,主要通過(guò)Pol II或Pol Ⅲ啟動(dòng)子完成內(nèi)源性miRNA序列及其表達(dá)框的轉(zhuǎn)錄,形成的miRNA原始轉(zhuǎn)錄本(pri-miRNA)在核內(nèi)經(jīng)Drosha酶形成miRNA前體(pre-miRNA),出核后在胞質(zhì)Dicer酶作用下形成成熟miRNA,發(fā)揮基因調(diào)控作用。但目前亦已發(fā)現(xiàn)存在不依賴于Dicer加工而直接由AGO2完成加工和功能鏈選擇的miRNA(miR-451),且與惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[27]。miRNA載體的研究主要集中于其攜帶的miRNA與疾病發(fā)生的關(guān)系,而非載體自身,是研究疾病發(fā)病機(jī)制的有力手段。Liang等[9]以miR-26a為基礎(chǔ)構(gòu)建了pHsa-miR-26a表達(dá)載體,并成功轉(zhuǎn)染至人肝癌細(xì)胞,為進(jìn)一步研究miR-26a在肝癌發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用提供了有力手段;Yang等[13]以同樣方法構(gòu)建了miRNA-218表達(dá)載體,為抑制乳腺癌的轉(zhuǎn)移提供了一種新的治療策略。
2.3 amiRNA載體
在意識(shí)到shRNA載體可能存在內(nèi)源性差的問(wèn)題之后,Zeng等[17]嘗試以人源miR-30a原始轉(zhuǎn)錄本(pri-hsa-miR-30a)為小RNA表達(dá)骨架,成功構(gòu)建了能模擬內(nèi)源性mRNA通路的干擾性小RNA載體,即amiRNA載體,第二代干擾性小RNA表達(dá)載體由此誕生。隨后,Chung等[18]又以鼠miR-155原始轉(zhuǎn)錄本(pri-mmu-miR-155)為小RNA表達(dá)骨架,同樣實(shí)現(xiàn)了目的小RNA分子長(zhǎng)效、安全、可控性表達(dá)。目前,以pri-hsa-miR-30a和pri-mmu-miR-155為小RNA表達(dá)骨架的amiRNA載體是唯一被廣泛認(rèn)可和商業(yè)化的載體[28,29]。
amiRNA載體的表達(dá)框是由內(nèi)源性miRNA前體衍生而來(lái),長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于shRNA載體的表達(dá)框,因此采用Pol II啟動(dòng)子來(lái)完成其轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)須嚴(yán)格配對(duì)的莖環(huán)結(jié)構(gòu),隨后在核內(nèi)由Drosha酶作用轉(zhuǎn)化為amiRNA前體(Pre-amiRNA),出核后在Dicer酶的作用下加工為成熟的amiRNA,發(fā)揮靶基因調(diào)控作用[26]。由于該過(guò)程模擬了內(nèi)源性miRNA的發(fā)生途徑[30],因此與第一代干擾性小RNA載體相比,amiRNA載體具有組織特異性強(qiáng)、時(shí)間及沉默水平可控性好、毒性低、綜合沉默途徑效果佳等優(yōu)點(diǎn)(表1),廣泛用于基因功能研究和RNAi文庫(kù)建設(shè),是干擾性小RNA載體的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
由于amiRNA載體在體內(nèi)采用與內(nèi)源性miRNA相同的發(fā)生通路,產(chǎn)生大量的異構(gòu)小RNA序列(Iso-RNA)在所難免,存在靶點(diǎn)多、預(yù)測(cè)難、作用溫和的缺點(diǎn),不利于靶向性和個(gè)體化治療研究(表1)。鑒于amiRNA載體在基因治療中潛力的凸顯,圍繞如何提高amiRNA靶向性、表達(dá)效率及擴(kuò)充載體使用范圍的研究日益增多,期望建立更為高效、經(jīng)濟(jì)、適用范圍更廣的amiRNA載體。有研究者在商品化表達(dá)載體的基礎(chǔ)上,對(duì)miRNA-30或miRNA-155前體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,通過(guò)更換莖環(huán)結(jié)構(gòu)保守區(qū)域的堿基,設(shè)計(jì)錯(cuò)配結(jié)構(gòu),改變限制性酶切位點(diǎn)等手段,以探究不同小干擾RNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)沉默效果的影響,以期望構(gòu)建一個(gè)高效率的amiRNA載體[10,31]。Hu等[15]通過(guò)對(duì)表達(dá)骨架結(jié)構(gòu)的成功改造,實(shí)現(xiàn)了單啟動(dòng)子操控多基因串聯(lián)表達(dá)并同時(shí)沉默多個(gè)靶基因的目的,該方法經(jīng)濟(jì)高效,為amiRNA載體的構(gòu)建提供了一種新的思路。在意識(shí)到amiRNA表達(dá)骨架具有明顯的種屬特異性及進(jìn)化保守性后,研究者開(kāi)始了不同物種及進(jìn)化關(guān)系的miRNA前體的研究,陸續(xù)開(kāi)發(fā)出以鼠miRNA-21原始轉(zhuǎn)錄本(primmu-miR-21)[19]、雞miRNA-126原始轉(zhuǎn)錄本(pri-ggamiR-126)[32]及植物源的miRNA的原始轉(zhuǎn)錄本[7,33]為表達(dá)骨架的載體,均實(shí)現(xiàn)了目的小RNA的成功表達(dá)和靶基因沉默。不同種屬miRNA原始轉(zhuǎn)錄本的成功開(kāi)發(fā),擴(kuò)寬了amiRNA表達(dá)載體的應(yīng)用范圍,加快了RNAi基因藥物的研發(fā)進(jìn)程。
RNAi干擾技術(shù)發(fā)展至今已成為較為成熟且應(yīng)用最為普遍的基因調(diào)控策略,在基因治療領(lǐng)域擁有較好的前景。但值得注意,風(fēng)險(xiǎn)與優(yōu)勢(shì)并存。shRNA載體潛在的脫靶效應(yīng)及細(xì)胞毒性、amiRNA載體的表達(dá)效率及種屬特異性等問(wèn)題都極大限制了小干擾RNA表達(dá)載體的臨床應(yīng)用進(jìn)程。課題組前期研究亦發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的商品化載體對(duì)某些小RNA序列不僅表達(dá)效率低下,而且忠誠(chéng)度不高。最近我們通過(guò)生物信息學(xué)、文庫(kù)篩查、結(jié)構(gòu)突變等方式已經(jīng)獲得了一種表達(dá)效率比市售商品高9倍的amiRNA載體(HD7),目前正在對(duì)HD7進(jìn)行通用性和安全性的研究。
未來(lái),相信隨著對(duì)RNAi發(fā)生過(guò)程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),會(huì)增強(qiáng)小干擾RNA表達(dá)載體的沉默效果并弱化脫靶效應(yīng),構(gòu)建全基因組功能確認(rèn)的RNAi文庫(kù),并靶向潛在的藥物靶點(diǎn),為基因治療奠定基礎(chǔ)。針對(duì)于此,未來(lái)的發(fā)展應(yīng)側(cè)重以下幾個(gè)方面:(1)載體表達(dá)框的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,完善序列設(shè)計(jì)策略與工具,構(gòu)建表達(dá)骨架與目的小RNA匹配程度較高的表達(dá)框,實(shí)現(xiàn)表達(dá)骨架、目的序列及受體細(xì)胞三者之間的完美匹配;(2)增強(qiáng)遞送系統(tǒng)與表達(dá)系統(tǒng)的特異性,針對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)修飾,提高遞送系統(tǒng)的靶向性,或開(kāi)發(fā)新的遞送系統(tǒng)和表達(dá)系統(tǒng),增強(qiáng)表達(dá)載體的適用范圍;(3)多種技術(shù)綜合應(yīng)用,如鋅指核酸酶(ZFNs)、單倍體細(xì)胞插入誘變、成簇的規(guī)律間隔的回文重復(fù)序列(CRISPR)等技術(shù)將會(huì)互補(bǔ)基因沉默手段,擴(kuò)展了解和解決人類疾病的使用工具,更好地促進(jìn)人類基因組學(xué)的研究。
[1] Wheeler LA, Vrbanac V, Trifonova R, et al. Durable knockdown and protection from HIV transmission in humanized mice treated with gel-formulated CD4 aptamer-siRNA chimeras[J]. Mol Ther,2013, 21(7):1378-1389.
[2] Li Y, Lu J, Han Y, et al. RNA interference functions as an antiviral immunity mechanism in mammals[J]. Science, 2013, 342(6155):231-234.
[3] Dow LE, Premsrirut PK, Zuber J, et al. A pipeline for the generation of shRNA transgenic mice[J]. Nat Protoc, 2012, 7(2):374-393.
[4] Wu CS, Yen CJ, Chou RH, et al. Downregulation of microRNA-15b by hepatitis B virus X enhances hepatocellular carcinoma proliferation via fucosyltransferase 2-induced Globo H expression[J]. Int J Cancer, 2014, 134(7):1638-1647.
[5] Brummelkamp TR, Bernards R, Agami R. A system for stable expression of short interfering RNAs in mammalian cells[J]. Science, 2002, 296(5567):550-553.
[6] Moffat J, Grueneberg DA, Yang X, et al. A lentiviral RNAi library for human and mouse genes applied to an arrayed viral high-content screen[J]. Cell, 2006, 124(6):1283-1298.
[7] Yan F, Lu Y, Wu G, et al. A simplified method for constructing artificial microRNAs based on the osa-MIR528 precursor[J]. J Biotechnol, 2012, 160(3):146-150.
[8] Diederichs S, Jung S, Rothenberg SM, et al. Coexpression of Argonaute-2 enhances RNA interference toward perfect match binding sites[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105(27):9284-9289.
[9] Liang G, Chen S, Zhu Y, et al. Construction of miRNA eukaryotic expression vector and its stable expression in human liver cancer cells[J]. Procedia Environ Sci, 2011, 8:451-456.
[10] Wu P, Wilmarth MA, Zhang F, et al. miRNA and shRNA expression vectors based on mRNA and miRNA processing[J]. Methods Mol Biol, 2013, 936:195-207.
[11] Schopman NC, Liu YP, Konstantinova P, et al. Optimization of shRNA inhibitors by variation of the terminal loop sequence[J]. Antiviral Res, 2010, 86(2):204-211.
[12] Wang CM, Wang Y, Fan CG, et al. miR-29c targets TNFAIP3,inhibits cell proliferation and induces apoptosis in hepatitis B virus-related hepatocellular carcinoma[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 411(3):586-592.
[13] Yang L, Li Q, Wang Q, et al. Silencing of miRNA-218 promotes migration and invasion of breast cancer via Slit2-Robo1 pathway[J]. Biomed Pharmacother, 2012, 66(7):535-540.
[14] Baek MN, Jung KH, Halder D, et al. Artificial microRNA-based neurokinin-1 receptor gene silencing reduces alcohol consumption in mice[J]. Neurosci Lett, 2010, 475(3):124-128.
[15] Hu T, Fu Q, Chen P, et al. Construction of an artificial MicroRNA expression vector for simultaneous inhibition of multiple genes in mammalian cells[J]. Int J Mol Sci, 2009, 10(5):2158-2168.
[16] Wu J, Bonsra AN, Du G. pSM155 and pSM30 vectors for miRNA and shRNA expression[J]. Methods Mol Biol, 2009, 487(2):205-219.
[17] Zeng Y, Wagner EJ, Cullen BR. Both natural and designed micro RNAs can inhibit the expression of cognate mRNAs when expressed in human cells[J]. Mol Cell, 2002, 9(6):1327-1333.
[18] Chung KH, Hart CC, Al-Bassam S, et al. Polycistronic RNA polymerase II expression vectors for RNA interference based on BIC/miR-155[J]. Nucleic Acids Res, 2006, 34(7):e53.
[19] Yue J, Sheng Y, Ren A, et al. A miR-21 hairpin structure-based gene knockdown vector[J]. Biochem Biophys Res Commun,2010, 394(3):667-672.
[20] Boudreau RL, Monteys AM, Davidson BL. Minimizing variables among hairpin-based RNAi vectors reveals the potency of shRNAs[J]. RNA, 2008, 14(9):1834-1844.
[21] Kozomara A, Griffiths-Jones S. miRBase:integrating microRNA annotation and deep-sequencing data[J]. Nucleic Acids Res,2011, 39(suppl 1):D152-D157.
[22] Shibata A, Iwaki A, Fukumaki Y. A novel expression system for artificial miRNAs containing no endogenous miRNA precursor sequences[J]. J RNAi Gene Silencing, 2007, 3(1):237-237.
[23] Schopman NC, Liu YP, Konstantinova P, et al. Optimization of shRNA inhibitors by variation of the terminal loop sequence[J]. Antiviral Res, 2010, 86(2):204-211.
[24] Liu C, Zhang L, Sun J, et al. The artificial microRNA mediates GUS-GFP gene silencing using ath-miR169d precursor as backbone[J]. Life Sci J, 2009, 6(2):1-7.
[25] van Gestel MA, van Erp S, Sanders LE, et al. shRNA-induced saturation of the microRNA pathway in the rat brain[J]. Gene Ther, 2014, 21(2):205-211.
[26] Chumakov SP, Kravchenko JE, Prassolov VS, et al. Efficient downregulation of multiple mRNA targets with a single shRNA-expressing lentiviral vector[J]. Plasmid, 2010, 63(3):143-149.
[27] Cifuentes D, Xue H, Taylor DW, et al. A novel miRNA processing pathway independent of Dicer requires Argonaute2 catalytic activity[J]. Science, 2010, 328(5986):1694-1698.
[28] Carrasquillo R, Tian D, Krishna S, et al. SNF8, a member of the ESCRT-II complex, interacts with TRPC6 and enhances its channel activity[J]. BMC Cell Biology, 2012, 13(1):33-44.
[29] Pu C, Wang L, Miao X, et al. Optimized Tandem amLRNA Mediates Stronger Inhibitory Effects on Hepatitis B Virus Infection[J]. J Gastrointestin Liver Dis, 2011, 20(3):271-278.
[30] Yan H, Deng X, Cao Y, et al. A novel approach for the construction of plant amiRNA expression vectors[J]. J Biotechnol, 2011, 151(1):9-14.
[31] Fellmann C, Hoffmann T, Sridhar V, et al. An optimized microRNA backbone for effective single-copy RNAi[J]. Cell Rep, 2013, 5(6):1704-1713.
[32] Chen SCY, Stern P, Guo Z, et al. Expression of multiple artificial microRNAs from a chicken miRNA126-based lentiviral vector[J]. PLoS One, 2011, 6(7):e22437.
[33] Bhagwat B, Chi M, Su L, et al. An in vivo transient expression system can be applied for rapid and effective selection of artificial microRNA constructs for plant stable genetic transformation[J]. J Genet Genomics, 2013, 40(5):261-270.
(責(zé)任編輯 狄艷紅)
Evaluating the Development of Small Interfering RNA Expression Vector from Its Functional Elements
Hou Ying1Sun Xikui1Tang Mingqing1,2
(1. School of Biomedical Sciences and Institute of Molecular Medicine,Huaqiao University,Quanzhou 362021;2. Engineering Research Center of Molecular Medicine,Ministry of Education,Xiamen 361021)
RNA interference as a potent gene silencing approach plays important parts in gene regulation, functional study and gene therapy. The small interfering RNA expression vector achieves a sustainable, stable and controllable application of the RNAi technology, and becomes a promising way for gene silencing. Although the interfering RNA expression vector has progressed to the second generation, and many commercial products were availabe, the discrepancies among efficiency, safety and controllability of these vectors still exist. The development of the interfering RNA expression vector seems get into a lag phase. Therefore, this article analysed the history and development of these small interference RNA expression vectors on the basis of their functional blocks, providing a theoretical fundation for the vector's optimization and selection.
small interference RNA;expression vector;expression component;short haipin RNA vector;artificial microRNA vector
10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.04.009
2014-09-02
國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2012AA020810),國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81271692),華僑大學(xué)“中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)”項(xiàng)目(JB-JC1004),華僑大學(xué)人才引進(jìn)項(xiàng)目(14BS111)
侯瑩,女,碩士研究生;研究方向:非編碼RNA;E-mail:hy552014@163.com
唐明青,男,博士,副研究員,研究方向:非編碼RNA,基因藥物,病毒載體;E-mail: Tangmingqing2222@163.com