RNA干扰的离靶效应的计算研究

RNA干扰（RNAi）是一种细胞内的后转录基因沉默机制，常用于研究基因功能。RNAi由长度约21 nt的短小干扰RNA（siRNA）启动，这些siRNA可以通过使用Dicer酶从双链RNA（dsRNA）中生成，或通过实验引入。在与RNAi沉默复合物结合后，siRNA靶向具有序列相似性的mRNA转录物进行降解。由这种表达抑制所产生的表型可以为目标基因的功能提供信息。然而，如果siRNA与随机mRNA转录物之间的序列相似性导致RNAi抑制非靶向基因的表达，则“离靶效应”会损害RNAi的特异性。必须通过调整一组参数系统性地研究基因组中每个基因的完整离靶效应，这在实验上太昂贵，因而激励了计算研究。这项计算研究检查了RNAi的潜在离靶效应，利用了人类、秀丽隐杆线虫和酵母的基因组和转录组序列数据。当以dsRNA中可能的siRNA序列（任意长度从17到28 nt）与编码目标基因的序列及基因组内的所有其他siRNA的精确同一性作为参数时，各个生物体的RNAi离靶效应的机会被证明相当可观，范围从5%到80%。值得注意的是，21 nt长度的siRNA（在体内观察到的长度）在高序列特异性和低离靶反应概率之间达到了最佳平衡。随着初始dsRNA序列长度的增加、未翻译区域序列的包含和在siRNA与靶序列之间允许错配，离靶RNAi的机会增加（尽管并不总是显著）。来自编码序列5'端100 nt范围内的siRNA序列的离靶反应机会较低。这可能是由于基因信号肽编码区域的编码约束相对于成熟蛋白编码区域的限制。离靶分布在秀丽隐杆线虫的染色体上有所不同，显然是因为在基因密集区域使用了更多独特的序列。最后，有效siRNA的生物学和热力学描述减少了与仅通过序列同一性识别的潜在siRNA数量，但离靶RNAi仍然可能，离靶错误率约为10%。这些结果也为未来的体内研究指明了方向，这些研究可能有助于校准生物体内的真实离靶率，并为siRNA效能是否与目标分子关联或独立的争论提供证据。总之，离靶效应是一个真实但不构成障碍的关注点，应在RNAi实验中加以考虑。