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標簽： siRNA 構建 表達載體
siRNA表達載體構建可以：（1）作為后基因組時代基因功能分析的有力工具；（2）應用于基因組學、細胞信號傳導通路分析；（3）用于藥物靶點篩選、疾病治療。
| 實驗方法原理 | 多數(shù)的siRNA表達載體依賴三種RNA聚合酶III 啟動子(pol III)中的一種，操縱一段小的發(fā)夾RNA(short hairpin RNA, shRNA)在哺乳動物細胞中的表達。這三類啟動子包括大家熟悉的人源和鼠源的U6啟動子和人H1啟動子。之所以采用RNA pol III啟動子是由于它可以在哺乳動物細胞中表達更多的小分子RNA，而且它是通過添加一串（3到6個）U來終止轉錄的。要使用這類載體，需要訂購2段編碼短發(fā)夾RNA序列的DNA單鏈，退火，克隆 到相應載體的pol III 啟動子下游。由于涉及到克隆 ，這個過程需要幾周甚至數(shù)月的時間，同時也需要經過測序以保證克隆 的序列是正確的。
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|---|---|
| 實驗材料 | 目的基因 |
| 試劑、試劑盒 | LB培養(yǎng)基 |
| 儀器、耗材 | 離心管 離心機 水浴鍋 漩渦振蕩儀 |
| 實驗步驟 | 一、目的基因的確定
1. 檢索文獻獲取有實驗證明有效的靶點序列（核對）。
2. NCBI查閱
3. 搜索引擎輔助
二 、設計siRNA靶序列
在制備siRNA 前都需要單獨設計siRNA序列.研究發(fā)現(xiàn)對哺乳動物細胞,有效的siRNAs是21-23個堿基大小、3’端有兩個突出堿基的雙鏈RNA；而對非哺乳動物，比較有效的是長片段dsRNA。siRNA的序列專一性要求非常嚴謹，與靶mRNA之間一個堿基錯配都會顯著削弱基因沉默的效果。
1. 選擇siRNA靶位點
從轉錄AUG起始密碼子開始，搜尋下游AA序列，記錄跟每個AA 3’端相鄰的19個核苷酸作為候選的siRNA靶位點。有研究結果顯示GC含量在30%-50%左右的siRNA要比那些GC含量偏高的更為有效。Tuschl等建議在設計siRNA時不要針對5'和3'端的非編碼區(qū)（untranslated regions,UTRs），原因是這些地方有豐富的調控蛋白結合區(qū)域，而這些UTR結合蛋白或者翻譯起始復合物可能會影響siRNP核酸內切酶復合物結合mRNA從而影響siRNA的效果。
2. 序列同源性分析
將潛在的序列和相應的基因組數(shù)據(jù)庫（人或者小鼠、大鼠等等）進行比較,排除那些和其他編碼序列/EST同源的序列。例如使用BLAST（ www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/）選出合適的目標序列進行合成.并非所有符合條件的siRNA都一樣有效,其原因還不清楚，可能是位置效應的結果,因此對于一個目的基因，一般要選擇3-5個靶位點來設計siRNA。
通常來說，每個目標序列設計3-4對siRNAs，選擇有效的進行后續(xù)研究。
一個完整的siRNA實驗應該有陰性對照，作為陰性對照的siRNA應該和選中的siRNA序列有相同的組成，但是和mRNA沒有明顯的同源性。通常的做法是將選中的siRNA中的堿基序列打亂。當然，同樣要保證它和其他基因沒有同源性。
三、表達載體的選用
1. 化學合成與體外轉錄方法都是在體外得到siRNA后再導入細胞內，但是這兩種方法主要有兩方面無法克服的缺點：siRNA進入細胞后容易被降解；進入細胞siRNA在細胞內的RNAi效應持續(xù)時間短.針對這種情況，出現(xiàn)了質粒、病毒類載體介導的siRNA體內表達。該方法的基本思路是：將siRNA對應的DNA雙鏈模板序列克隆入載體的RNA聚合酶III的啟動子后，這樣就能在體內表達所需的siRNA分子。這種方法總體的優(yōu)點在于不需要直接操作RNA，能達到較長時間的基因沉默效果。
2. 通過質粒表達siRNAs大都是用Pol III啟動子啟動編碼shRNA(small hairpin RNA)的序列。選用Pol III啟動子的原因在于這個啟動子總是在離啟動子一個固定距離的位置開始轉錄合成RNA，遇到4—5個連續(xù)的U即終止，非常。當這種帶有Pol III 啟動子和shRNA模板序列的質粒轉染哺乳動物細胞時，這種能表達siRNA的質粒確實能夠下調特定基因的表達，可抑制外源基因和內源基因。采用質粒的優(yōu)點在于，通過siRNA表達質粒的選擇標記，siRNA載體能夠更長時間地抑制目的基因表達。當然還有一點，那就是由于質粒可以復制擴增，相比起其它合成方法來說，這就能夠顯著降低制備siRNA的成本。
3. 帶有抗生素標記的siRNA表達載體可用于長期抑制研究，通過抗性輔助篩選，該質粒可以在細胞中持續(xù)抑制靶基因的表達數(shù)星期甚至更久。同時RNAi-Ready表達載體還能與逆轉錄病毒和腺病毒表達系統(tǒng)整合（BD Knockout RNAi Systems），大大提高siRNA表達載體對宿主細胞的侵染性,*克服某些細胞轉染效率低的障礙，是實現(xiàn)哺乳動物細胞siRNAs瞬時表達與穩(wěn)定表 達的理想工具。
四、合成模板
1. 合成編碼 shRNA的DNA 模板的兩條單鏈，模板鏈后面接有RNA PolyIII聚合酶轉錄中止位點，同時兩端分別設計 BamH I 和 Hind III 酶切位點，可以克隆到 siRNA 載體多克隆位點的 BamH I 和 Hind III 酶切位點之間。 2. 95℃，5 min，緩慢退火， DNA 單鏈得到 shRNA 的 DNA 雙鏈模板。
五、連接與轉化
1. 將100 μl感受態(tài)細胞于冰上解凍。
2. 取5 μl連接產物加入到感受態(tài)細胞中，輕輕旋轉幾次以混勻內容物，在冰上放置30分鐘。
3. 將管放入預加溫到42℃的水浴中，熱激90秒。快速將管轉移到冰浴中，使細胞冷卻1~2分鐘。
4. 每管中加700 μl LB培養(yǎng)基，37℃振蕩培養(yǎng)1小時，進行復蘇。
5. 室溫4 000 rpm離心5分鐘，棄去上清后，用剩余100 μl培養(yǎng)基重懸細胞并涂布到含抗性的LB瓊脂平板表面.注意：細胞用量應根據(jù)連接效率和感受態(tài)細胞的效率進行調整。
6. 將平板置于室溫直至液體被吸收。
7. 倒置平皿，于37℃培養(yǎng)，12~16小時后可出現(xiàn)菌落。
六、PCR鑒定和測序鑒定
在插入編碼shRNA的DNA雙鏈模板兩側設計鑒定PCR引物，擴增片段在100-200，bp之間。
收起 |
| 注意事項 | 1. 從轉錄本（mRNA）的AUG起始密碼開始，尋找“AA”二連序列，并記下其3’端的19個堿基序列，作為潛在的siRNA靶位點。有研究結果顯示GC含量在30%—50%左右的siRNA要比那些GC含量偏高的更為有效。
Tuschl等建議在設計siRNA時不要針對5’和3’端的非編碼區(qū)（untranslated regions，UTRs)，原因是這些地方有豐富的調控蛋白結合區(qū)域，而這些UTR結合蛋白或者翻譯起始復合物可能會影響siRNP核酸內切酶復合物結合mRNA從而影響siRNA的效果。
2. 將潛在的序列和相應的基因組數(shù)據(jù)庫（人，或者小鼠，大鼠等等）進行比較，排除那些和其他編碼序列/EST同源的序列。例如使用BLAST（ www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/）
3. 選出合適的目標序列進行合成。通常一個基因需要設計多個靶序列的siRNA，以找到有效的siRNA序列。
4. 一個完整的siRNA實驗應該有負對照，作為負對照的siRNA應該和選中的siRNA序列有相同的組成，但是和mRNA沒有明顯的同源性。通常的做法是將選中的siRNA序列打亂，同樣要檢查結果以保證它和其他基因沒有同源性。
如果計劃合成siRNA，那么可以直接提供以AA打頭的21個堿基序列，廠家會合成一對互補的序列。注意的是通常合成的siRNA是以3’dTdT結尾，如果要UU結尾的話通常要特別說明。有結果顯示，UU結尾和dTdT結尾的siRNA在效果上沒有區(qū)別。因為這個突出端無需和靶序列互補。 收起 |
| 其他 | 一、siRNA操作成功要點
為了找到潛在靶位點，掃描靶基因中的AA序列。記錄每個AA 3’端19個核苷酸作為潛在siRNA靶位點。潛在靶位點需通過GENBANK數(shù)據(jù)庫的BLAST分析，去除那些與其它基因明顯同源的靶位點。如果可能，siRNA應根據(jù)mRNA低二級結構的區(qū)域設計。
2. 選擇低GC含量的siRNA
Ambion公司研究發(fā)現(xiàn)GC含量在40-55%的siRNA比55%以上的活性高。
3. 純化體外轉錄siRNA
在轉染前要確認siRNA的大小和純度。為得到高純度的siRNA，推薦用玻璃纖維結合，洗脫(Ambion siRNA體外合成試劑盒中已包括純化柱保證siRNA純度)或通過15-20%丙烯酰胺膠除去反應中多余的核苷酸，小的寡核苷酸，蛋白和鹽離子。注意：化學合成的RNA通常需要跑膠電泳純化(即PAGE膠純化)。
4. 避免RNA酶污染
微量的RNA酶將導致siRNA實驗失敗。由于實驗環(huán)境中RNA酶普遍存在，如皮膚，頭發(fā)，所有徒手接觸過的物品或暴露在空氣中的物品…因此保證實驗每個步驟不受RNA酶污染非常重要。Ambion公司在這方面有一整套的產品線，如除RNA酶的噴劑，拭紙及液劑，檢測和去除RNA酶。
5. 健康的細胞培養(yǎng)物和嚴格的操作確保轉染的重復性
通常，健康的細胞轉染效率較高。此外，較低的傳代數(shù)能確保每次實驗所用細胞的穩(wěn)定性。為了優(yōu)化實驗，推薦用50代以下的轉染細胞，否則細胞轉染效率會隨時間明顯下降。
6. 避免適用抗生素
Ambion公司推薦從細胞種植到轉染后72小時期間避免使用抗生素。抗生素會在穿透的細胞中積累毒素。有些細胞和轉染試劑在siRNA轉染時需要無血清的條件。這種情況下，可同時用正常培養(yǎng)基和無血清培養(yǎng)基做對比實驗，以得到較好轉染效果。QIAGEN推出的專門針對RNA轉染的試劑
7. 選擇好的轉染試劑轉染siRNA
針對靶細胞類型，選擇好的轉染試劑和優(yōu)化的操作對siRNA實驗的成功至關重要。siRNA實驗要求選擇適合轉小的RNA的轉染試劑(目前大多數(shù)轉染試劑都針對轉染比較大的質粒DNA，而非小的RNA分子，宿主范圍大小也不同)。Ambion公司的Silencer siRNA Transfection Kit，QIAGEN的Transmessenger Transfection Reagent都是專門針對轉siRNA優(yōu)化的轉染試劑，是您的理想選擇。
8. 通過合適的陽性對照優(yōu)化轉染和檢測條件
對大多數(shù)細胞，看家基因是較好的陽性對照。將不同濃度的陽性對照的siRNA轉入靶細胞(同樣適合實驗靶siRNA)，轉染48小時后統(tǒng)計對照蛋白或mRNA相對于未轉染細胞的降低水平。過多的siRNA將導致細胞毒性以至死亡。Ambion公司提供多種靶基因的陽性siRNA。
9. 通過陰性對照siRNA排除非特異性影響
合適的陰性對照可通過打亂活性siRNA的核苷酸順序設計而得。必須注意它要進行同源比較確保相對所要研究的生物的基因組沒有同源性。
10. 通過標記siRNA來優(yōu)化實驗
熒光標記的siRNA能用來分析siRNA穩(wěn)定性和轉染效率。標記的siRNA還可用作siRNA胞內定位及雙標記實驗(配合標記抗體)來追蹤轉染過程中導入了siRNA的細胞，將轉染與靶蛋白表達的下調結合起來。 |
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