前几期咱们重点介绍了基因表达调控中基因过表达的部分。然而除了过表达我们在研究中也经常会遇到需要降低特定基因表达水平的情况。随后几期推文,小编将为大家继续介绍表达调控中的基因沉默(gene silencing)。
基因沉默,也称基因敲减(gene knockdown)——是基因表达减少至少 70% 的现象。广义上也包含基因编码蛋白功能受损,表现为基因沉默造成功能缺失的情况。
自然条件下生物可在转录、转录后和翻译水平降低基因表达水平。
转录水平的调控主要通过影响基因 DNA 结构的可获得性,阻碍基因序列和转录复合物结合能力,导致基因 mRNA 转录水平降低。
染色质结构开放性、DNA 修饰和基因的位置效应都能显著抑制基因转录水平。
高度压缩的染色质结构必须解旋为足够开放的 DNA 双链结构后才能结合转录因子启动基因转录。因此基因所在染色质结构越致密,相应转录水平就越低。
DNA 核苷酸结构化学修饰,如甲基化、基因印记等,能显著影响基因的转录水平。普通 DNA 核苷酸基团经过化学修饰后,染色质结构、DNA 构象、DNA 稳定性及 DNA 与蛋白质相互作用方式都会相应改变。
启动子、增强子等顺式结构元件和基因间的距离也能影响基因的转录水平,称之为基因的位置效应。一般来说,和启动子、增强子越接近,基因转录水平越高,但并不严格具有线性相关关系。
当前我们对于基因转录水平调控详细机制知之甚少,成熟的调控工具不多。如果只是简单的基因功能缺失研究,并不需要在基因组层面操作,相比之下转录后水平调控更为简便。
1996 年一项研究发现,植物可以借助一种名为转录后基因沉默(post-transcriptional gene silencing, PTGS)的机制抵抗病毒 RNA 入侵,并且这种作用和病毒 RNA 序列高度相关。
Ecker, J. R. & Davis, R. W. Inhibition of geneexpression in plant cells by expression of antisenseRNA. Proc. Natl Acad. Sci. USA 83, 5372–5376(1986).
Setten R L, Rossi J J, Han S. The current state and future directions of RNAi-based therapeutics[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2019, 18(6): 421-446.
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