沉默基因

2021年2月28日发(作者：台州男科医院)
沉默基因

定义：基因沉默（
gene silencing
）是指
生物
体中特定
基因
由于种种原因不表达。

一方面，基因沉默是遗传修饰生物（
genetically modified organ isms
）实用化和商品化的
巨大障碍，
另一方面，
基因沉默是植物抗病毒的 一个本能反应，
为用抗病毒基因植物工程育
种提供了具有较大潜在实用价值的策略
——
RNA
介导的病毒抗性（
RNA-mediated
virus
resistance,RMVR
）
。

转基因植物和转基因动物中 往往会遇到这样的情况，
外源基因存在于生物体内，
并未丢失
或
损伤
，但该基因不表达或表达量极低，这种
现象
称为基因沉默。

基因沉寂（
Gene
Silencing)
也可以被称为
“基因沉默
”
。基因沉寂是真核
生物细胞
基因表达
调节的一种重要 手段。在
染色体
水平，基因沉寂实际上是形成以染色质（
Heterochromat in)
的过程，
被沉寂的基因区段呈高浓缩状态
。

基因沉寂需要经 历不同的
反应
过程才能实现，包括组
蛋白
N
端结构域的赖氨酸残基的 去
乙酰基化加工、
甲基化修饰
（由甲基转移酶催化，
修饰可以是一价、
二价和三价甲基化修饰，
后者又被称为
'
过度
?
甲基化修饰
（
Hypermethylation)
)
、
以及和甲基化修饰的组蛋 白结合的
蛋白质（
MBP
）形成
“
异染色质
”
，在 上述过程中，除了部分组蛋白的
N
端尾部结构域需要
去乙酰化、甲基化修饰之外，有时 也许要在其他的组蛋白
N
端尾部结构域的赖氨酸或精氨
酸残基上相应地进行乙酰化修饰 ，尽管各种修饰的最终结果会导致相应区段的基因
“
沉寂
”
失
去转录 活性。
这个
“
原则
”
就是目前尚没有真正完全清楚的
“组蛋白密码
”
（
Histone
Code)
。
能够与甲基化组蛋白结合的蛋白质有
sir1/2/3/4
，这是一组被称为

Informative
Rep
ressor
的蛋白，其中，
Sir2< br>就是上文中的
“
去乙酰化
”
酶，而
Sir1/3/4
则负责与甲基化修饰的
组蛋白结合

沉寂
”
相应的染色质为异染色质。

此外，
基因沉寂也和
DNA
的甲基化修饰有关
，
比如在
真核生物
基因组中的许多基因的
5?
端
分布有长约
1 KB(
千碱基对）
的
“CpG
岛序列
（
CpG
island),
其中的
“C
芳香环
5
位可被甲基
化修饰， 之后，与甲基化修饰的
DNA
结合蛋白形成
“
沉寂

区段，使 其下游基因不能表达；
另外，非编码的
RNA
分子（
non-coding
RNA)
也参与
“
基因沉默
”
过程。这一类型常见于含有重复
DNA
序列的染色质区，如着丝粒部位的基因沉寂就需要非编码
RNA分子的参与。
简言之，基因沉寂或者基因沉默是涉及组蛋白甲基化、去乙酰化、乙酰化，
D NA
的甲基化
修饰，
甲基化修饰组蛋白结合蛋白
Sir2/3/4
，
甲基化
DNA
结合蛋白，
非编码
RNA
等等在内
的 一系列复杂组分的生理反应过程。基因沉寂导致相应区段内的遗传信息不能被转录。

分类：发生在染色体
DNA
水平上的转基因沉默叫做位置沉默；

发生在
RNA
转录水平上的转基因沉默叫做转录沉默；

发生在转录后水平的转基因沉默叫做共抑沉默。

发生因素：位置效应、
DNA
甲基化、重复序列诱发基因沉默、共抑制。

首次发现：基因沉默现象首先在转基因植物中发现，接着和
线虫
、
真菌
、
昆虫
、
原生动物
以及才鼠中陆续发现。大量的研究表明，环境因子、发育 因子、
DNA
修饰、组蛋
白乙酰化程度、
基因拷贝数、
位置效应、< br>生物的保护性限制修饰以及基因的过度转
录等都与基因沉默有关。

发生机制： 基因沉默发生在两种水平上，一种是由于
DNA
甲基化、异染色质化以及位置效
应等引 起的转录水平上的基因沉默
（
tran-scriptional
gene
silencing,TGS
）
，
另一种是转录
后基因沉默
(po st-transcriptional
gene
silen-cing,PTGS)，即在基因转录后的水平上通过对
靶标
RNA
进行特异性降解而使基因失活。在这 两种水平上引起的基因沉默都与基因的同源
性有关，称为同源依赖性的基因沉默
(homolo gy-dependent
gene
silencing,HDGS)
。

PTGS
在多种生物中有
共性
，
对
PTGS
的激活 和与其相关的
RNA
降解调控过程有了初步的
认识。
也发现植物病毒在转基因 植物和非转基因植物中都能和转基因一样诱发转录后基因沉