為什么是shRNA?
外源導入的siRNA結合RISC復合物的能力要比shRNA低10倍,雖然將siRNA的長度增加到29-30 nt可以增加結合RISC復合物的效率,但也增加了off target效應,引起更多的非專一性基因干擾。shRNA由于模擬microRNA的作用通路,所以相比siRNA其基因沉默效率更高。siRNA和shRNA的優缺點見表四。銳賽選擇使用病毒載體介導的shRNA干擾,并通過構建shRNA穩定株,能最大程度的避免使用體外化學合成的siRNA所帶來的一系列問題。
siRNA | shRNA | 雙功能shRNA | ||
RNA干擾片段運輸 | 進入體外細胞 難易程度 | 中等 (轉染效率依細胞而定,差異大) | 容易 (使用病毒載體) | 容易 (使用病毒載體) |
進入動物體內 細胞難易程度 | 低 (轉染效率依組織特性而定,且需要較高劑量,可能引起off target效應) | 容易 (使用病毒載體,發揮功能需要的拷貝數低) | 容易 (使用病毒載體,發揮功能需要的拷貝數低) | |
進入細胞的方式 | 化學試劑轉染 | 化學試劑轉染;病毒載體轉導 | 化學試劑轉染;病毒載體轉導 | |
細胞內代謝速度 | 強(48小時內99%被降解) | 弱 | 弱 | |
作用機制 | 結合RISC復合物能力 | 弱 | 強 (10倍強于siRNA) | 超強 |
達到沉默效果需要的拷貝數 | 高 | 低 (5個拷貝左右即可) | 超低 | |
脫靶效應 (off target effects) | 化學修飾能力a | 易修飾;修飾價格昂貴 | 無法修飾 | 無法修飾 |
免疫信號通路反應 | 中 (通過細胞質和內涵體通路激活先天性免疫系統) | 弱 (由于使用與內源miRNA相似的干擾系統) | 弱 (由于使用與內源miRNA相似的干擾系統) | |
外源核酸對細胞的毒性 | 中 | 弱 | 弱 | |
對細胞內源RNA干擾系統的影響 | 中 (過量siRNA會增加飽和exportin-5運輸內源miRNA能力的風險性) | 中(瞬時轉染引入的高劑量shRNA會增加飽和內源miRNA降解能力的風險性),低(穩定轉染) | 中(瞬時轉染引入的高劑量shRNA會增加飽和內源miRNA降解能力的風險性),低(穩定轉染) | |
表達可調控性 | 可控表達程度 (時間和空間) | 低(可以通過結合特定的小分子或者大分子達到特異進入某類組織細胞的目的,但無法做到可誘導沉默) | 高 (更換啟動子) | 高 (更換啟動子) |
安全性 | 體外和動物體內 | 高 | 高 | 高 |
臨床 | 中 | 中 | 中 |
a: 1) 改善off target效應; 2) 提高細胞內穩定性
表六:不同轉染方法介導的穩定整合參數比較
穩定整合參數 | 化學轉染法 | 物理轉染法 | 病毒載體法 | 轉座子 | |||
磷酸鈣轉染 | 電轉 | 逆轉錄病毒 (MLV) | 慢病毒 | 腺相關病毒(Rep-) | 腺病毒 | 睡美人 轉座子 | |
整合幾率(integration event/PFU/cell) | 10-8 | 10-6 | 10-2-10-1 | 10-2-10-1 | 10-3 | 10-6-10-4 | 10-2 |
整合位點 | 重復序 列片段 | 非核基質 -嚕噗區 | 核基質區 | CpG島; 核糖體重復序列 | 由于整合率極低,所以很少 研究 | TA位點 (染色體附近結構決定) | |
轉錄起始區 | 活躍表達 基因內 | 轉錄活躍區 表達調控區 | |||||
整合位點 轉錄活躍度 | 低 | 低 | 高 | 高 | 中 | 高 | |
穩定性 | 弱 | 中 | 強 | 強 | |||
拷貝數 | 多拷貝串聯分布5-數百個拷貝 | 30%單拷貝 | 通過控制病毒載體用量 可以達到單拷貝 | 通過優化實驗條件可以達到單拷貝 | |||
獲得單拷貝細胞株的難易程度 | 難 | 中 | 易 | 易 | 易 | 易 | |
表達強度/拷貝 | 低 | 低 | 高 | 高 | 高 | 高 | |
插入失活宿主 內源基因 | 低 | 低 | 低 | 高 | 仍處于研究中 | 高 | |
插入激活宿主 內源基因 | 低 | 低 | 高 | 低 | 低 |
表七:不同病毒載體介導的基因傳導的特性比較
腺病毒 載體 | 腺相關 病毒載體 | 逆轉錄 病毒載體 | 慢病毒載體 | 狂犬病 病毒載體 | 桿狀病 毒載體 | |
表達形式 | 染色體外, 瞬時表達 | 染色體外,長期表達 | 整合 | 整合 | 整合 | 染色體外,瞬時表達 |
表達周期 | 2-4周 | 數月至數年 | >1年 | >1年 | >1年 | |
感染細 胞類型 | 分裂和 非分裂細胞 | 分裂和 非分裂細胞 | 分裂 | 分裂和 非分裂細胞 | 分裂和 非分裂細胞 | 昆蟲細胞; 哺乳動物分裂細胞 |
細胞侵染 廣譜性 | 廣 | 對體內分化組織細胞侵染效果更好 | 廣 | 廣 | 高效感染腦神經細胞 | 中 |
可容納外源片段大小 | 36kb | 4kb | 8kb | 5-8kb | ||
滴度 (TU/ml) | 1012 | 1012 | 108 | 1010 | 1012 | |
病毒制備 難易程度 | 中 | 難 | 中 | 中 | 中 | 中 |
常見應用 | 1,體外細胞基因轉導 2,基因治療 | 1,體外細胞基因轉導; 2,動物模型; 3,基因治療 | 1,體外細胞基因轉導; 2,全基因組插入失活突變篩選; 3,功能細胞庫構建 | 1,體外細胞基因轉導; 2,基因治療 | 1,體外細胞基因轉導; 2,基因治療 | 1,真核細胞蛋白表達(表達可溶性蛋白) |
安全性 | 高 | 高 | 中 | 高 | 中 | 高 |