尽管99%的人类基因组序列已经发现, 还有1%的工作要做, 下一步最重要的工作却是找出基因的功能. 从研究基因结构和表达入手来解释物种特征是遗传学的工作. 经典遗传学在研究基因表达上有两种方法; 一种是正向法(forward approach)另一种是逆向法(reverse approach). 估计正向法的命名是由于先锋遗传学家们尝试猜想究竟哪个基因对一个性状产生影响并引用分子遗传学来证实. 而逆向法得名于采用不同的方法寻找DNA标记点和性状之间的联系, 无需知道疾病起因.
在正向法中从遗传疾病患者或者由X光照射引起突变的基因中选择出非正常性状, 然后寻找基因和性状之间的联系. 由于发现X光照射能引起突变, Hermann Joseph Muller 获得了1946年诺贝尔医学及生理学奖.
基因可以通过顶出(Knockout)而删除或者超量表达(Overexpression)而增加. 在逆向法中采用了基因工程技术, 通过分析改变特定基因而引起的性状改变来发现基因的表达和活动. 然而有时由于一些基因的活动被其他蛋白质删除后的补偿作用所替代, 性状改变难以观测甚至被忽略掉. 同时, 由于性状改变有可能是由于蛋白质异常活动的第二或第三重影响, 虽然这种性状改变可以观测, 慎重的确认过程仍是需要的. 改性基因的诱导作用通常不断积累, 证据就是在足够的观察之前胚胎发育并可能杀死该生物. 如果基因在生长中有不同的作用, 这种基因是不适合研究的.
正向法和逆向法
<哈佛化学及细胞生物学研究所>
因此有时观察特征修饰时特定基因表达被暂时抑制. 这时, 反义低聚物和能与mRNA反应并阻止蛋白质合成的RNAi.html">RNAi被成功使用.
反义低聚物是DNA和RNA的类似物, 而且其对RNA的互补序列与mRNA偶合并阻止翻译. 由于mRNA序列含有合成蛋白质的信息, 这被称作'义'序列, 而其互补序列由于具有对义信息的抑制作用而称为'反义'序列. 一旦反义低聚物与mRNA成键形成双螺旋, 双链特异性RNase H被活化而破坏这些信息. 如果RNase H不被活化, 对蛋白质合成的抑制可在翻译阶段发生. 这种方法久已研究, 被称作 基因疗法, 但是天然DNA和RNA的负电荷导致了将它们注入细胞的许多问题. 所以, 使用了通过改变反义低聚物的结构而消除电荷或者使用聚胺作穿越细胞膜的转运体的方法. 到目前为止供研究使用的最成功的反义低聚物是Morphlino低聚物.(http://gene-tools.com), 这个领域最先进的公司是ISIS 他们有些产品已进入临床实验阶段. 另一家公司Welgene 正在发展针对更稳定的反义分子的环形低聚物
反义低聚物
<Isis Pharmaceuticals, Inc>
RNAi(RNA介入)是一个双链RNA, 一链具有与目标mRNA相同的序列和强抑制作用. RNAi最早于1995年在C-elegans中的反义低聚物实验时被偶然发现. 一般发现义和反义混合物较反义本身表现出对为mRNA更强的抑制作用. 进一步的研究证实不足量的双链足以完全抑制, 而且表现出对序列的特定倍增. 也已知它不但抑制蛋白质合成, 而且mRNA本身的量也在几小时内减少. 虽然精确的机理仍然不甚了解, 但是对抗病毒或转位子的天然防御机制是其发生作用的一个模型. 由于双链RNA在我们体内不多, 一旦被发现就被自我防御机制视为异体, 比如RNase H. 这样的21-23mer的碎片被解链酶分为单链. 单链将与mRNA结合, 形成更多的双链, 这就进入了倍增循环. 更详细介绍请见Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40(13), 2437-2439.
