反義核酸技術(antisense technology) 主要包括反義RNA ( antisense RNA) 和反義寡核苷酸(antisense oligonucleotide) ,可以通過多種機制快速、可預測地調節培養組織或細胞的基因表達,用來快速、有效地測定基因功能。

RNA 干擾技術

天然反義RNA 廣泛存在于原核和真核細胞內, 通過與靶基因形成RNA-RNA 或RNA-DNA 雙螺旋, 對基因功能起重要的調節作用。RNA 干擾技術(RNA interference ,RNAi) 正是利用了反義RNA 與正鏈RNA 形成雙鏈RNA ,特異性抑制靶基因轉錄后表達這一原理,成為研究轉錄后調控的有效工具, 廣泛用于功能基因組學、基因治療和轉錄調控機制研究 。在這一技術中,早期使用雙鏈RNA (double-strand RNA , dsRNA) 作為干擾劑,核心技術是小分子干擾RNA( small interfering RNA , siRNA) 的設計與合成(哺乳動物通常選擇21～23 bp dsRNA ,其他生物選擇更長的片段) ,另外,還包括siRNA 的標記、轉染和RNAi 的檢測。

然而,基因敲除實驗顯示RNAi 存在一定程度的非特異性。分析認為,RNAi 最初在哺乳動物細胞中所獲得的成功,部分是由于所使用的短鏈dsRNA 激活了胞內dsRNA 依賴的蛋白激酶,引起細胞反應并不斷累積。新近兩方面技術的發展使得RNAi 在哺乳動物細胞中更加奏效: (1) 使用能使siRNA 穩定表達的新的載體系統[21 ] ; (2) 利用人U6核內小RNA ( snRNA) 啟動子進行單一RNA 轉錄單位的核內表達[22 ] 。即通過轉染dsRNA 的胞內表達并在胞內降解成約20 bp 的dsRNA ,后者通過RNA依賴的RNA 合成酶復制,并結合到核酸酶復合物上,形成RNA 誘導的轉錄沉默復合體(RNA-induced silencing complex ,RISC) ,降解靶mRNA。

反義寡核苷酸

反義寡核苷酸主要通過RNase H介導的機制抑制基因表達。RNase H 是一種降解RNA2DNA 雜交鏈中RNA 的酶,產生5′-磷酸和3′-OH 端。RNase H酶切產物因缺少5′-cap 和3′-poly A 尾而被細胞中的5′和3′外切酶降解。這種高效的方法已被廣泛用于含有反義寡核苷酸序列樣的靶基因的下調( down regulation) 。實際上,這種技術對于鑒定mRNA 中的有效靶基因在某種程度上靠經驗,因為許多靶基因不能顯示最佳活性。可以通過增加反義寡核苷酸的種類克服這種局限,如在96 孔板上進行PCR 后, 同時使用80 種以上的反義寡核苷酸進行同一個mRNA表達的研究。整個過程僅用4～5 d。因此,這是一種高通量的基因功能檢定方法[16 ] 。化學修飾如2′-甲氧基乙基化〔2′- O-(2-methoxy) ethyl ,2′-MOE〕可降低細胞中核酸酶對寡核苷酸的降解作用,因而得到越來越多的研究應用。反義寡核苷酸技術已被用于多種系統的基因功能研究,如蛋白磷酸化酶、細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶抑制劑p27/ kip (cyclin-dependent kinase inhibitor p27/ kip) 、凋亡蛋白抑制劑survivin 和抗凋亡蛋白BCL-XL 。反義技術廣泛用于體內外模型中靶基因功能的驗證,可部分替代基因敲除技術。