分子生物学 总结---RNA
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分子生物学中RNA的结构与功能特点随着科技的不断发展,分子生物学这门学科也变得越来越重要。
其中,RNA(核糖核酸)作为DNA(脱氧核糖核酸)的补充,也在该学科中发挥着重要的作用。
本文将重点研究RNA的结构与功能特点。
一、RNA的结构RNA是由核苷酸组成的一种生物大分子,其分子结构与DNA类似,但在碱基组成方面稍有不同。
RNA的核苷酸由糖分子、碱基和磷酸基团组成。
在RNA的碱基之间,存在着特殊的关系,即配对作用。
RNA中存在四种碱基:腺嘌呤(A)、尿嘧啶(U)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。
为了使分子更加稳定,RNA的碱基也会像DNA一样通过氢键相互配对。
但与DNA不同的是,RNA中A和U之间只能形成一种氢键,G和C之间可以形成三种氢键,所以RNA的二级结构相对DNA更容易形成。
除了碱基间的氢键相互作用之外,RNA还有些其他的特殊的结构,比如bulge、hairpin loop、内环、strand association、tandem、terminal loop和t-loop等。
这些独特的RNA结构对RNA的功能有着相当大的影响。
二、RNA的功能特点1. 催化反应RNA可以作为酶,在生物活性中底部催化反应。
mRNA、tRNA和rRNA中都能找到具有催化活性的RNA分子。
例如,rRNA可以促进氨基酸聚合,而tRNA作为核糖体在翻译中扮演了极其重要的角色。
2. 信息携带RNA可以携带信息并将其传递到蛋白质中。
mRNA(信使RNA)通过转录过程从DNA中获得信息,并将其传递到蛋白质中。
tRNA(转运RNA)则将氨基酸转运到核糖体,以便能够将其加入到新的蛋白质链中。
除了这些相对传统的RNA功能之外,还有许多其他的RNA功能。
例如:3. RNA干扰RNA干扰是一种通过RNA处理介导的基因静默方法。
RNAi 是由20到30bp的双链RNA引起的,这种RNA在细胞内具有特定的靶向性,能够与特定的mRNA结合并导致其降解。
RNA分子生物学综述主题:细菌非编码RNA功能相关研究一、简介:ncRNAs介导的调节效应细菌中ncRNAs发挥调控作用主要是通过与mRNA或蛋白质结合来起作用。
这种相互作用主要有以下两种模式:1、ncRNAs与mRNAs通过碱基配对形成RNA二倍体,然后改变其转录效率或稳定性,从而调控mRNA的表达水平,这类NRA叫antisense RNAs。
2、ncRNAs与蛋白质结合然后改变其活性,最后调控细菌的生命活动。
二、转录水平调控大肠杆菌的SsrS 是ncRNA调控转录的典例: SsrS是一个184nt 的ncRNA,与Eσ70形成复合体降低σ70与RNAP联结的稳定性。
SsrS 编码产生一个14-20nt的长RNA( pRNA),然后使Eσ70–SsrS–pRNA 复合体解离。
在细菌的指数增长阶段Eσ70能与mRNA结合从而促进蛋白质的合成,同时SsrS RNA也增加;然后与Eσ70结合使其只能与对SsrS 不敏感的启动子结合,从而使细菌增长进入稳定阶段;NTPs也随之提高促发SsrS转录生成pRNA,使二倍体解离并且SsrS和pRNA被降解,Eσ70进入下一个循环。
总之:ncRNA SsrS编码本身的调控ncRNA-pRNA,来调节Eσ70依赖性的翻译水平,通过与Eσ70竞争性的与RNAP结合来实现间接影响基因的表达水平。
三、铁离子含量的调控铁离子对大多数的生物体来说都是必要的,因为它是许多参与生命活动的关键酶的辅因子。
但是当有氧存在时它是有害的,所以细胞内铁离子的水平必要严格控制确保生理上的需要和避免损害。
细菌中是通过调控翻译参与铁离子运输和存储的蛋白质及铁离子依赖性酶基因的表达来调节铁离子的水平。
Fur (铁摄取调节子)是主要的转录抑制子,控制铁离子的代谢和其作为辅因子的使用。
大肠杆菌中Fur调控机制依赖ryhB(编码ncRNA RyhB (90 nt))基因。
RyhB可以间接地调控铁离子(增加),并且RyhB也可以调控fur mRNA的表达。
PART Ⅰ基因(略)PART Ⅱ原核基因表达体系第五章细菌转录1、简介:转录产生的RNA链代表了DNA双链的一条链。
新合成的RNA链为5’-3’,而模板链为3’-5’。
转录出来的RNA 排列与编码链相同。
RNA合成由RNA聚合酶催化。
转录起始于RNA聚合酶与DNA上的特定区域的结合——启动子(promoter),这作为转录的开始。
从启动子开始,RNA聚合酶沿着模板链移动合成RNA,直到到达终止子(terminator)序列。
这一反应决定了转录单位的形成,即从启动子至终止子的序列均为转录单位,这一区域可能包含不止一个基因。
序列优先从起始点(转录RNA的第一个碱基)。
起始点以上的被称为上游,以下的被称为下游。
转录的直接产物被称为初始转录本。
它包含了从启动子至终止子的5’-3’的全部信息。
然而,转录起始本通常被直接修饰。
原核细胞中,它直接被降解(mRNA),或者切割成为成熟的tRNA或者rRNA。
转录只是基因表达以及调控的第一阶段。
调控蛋白决定了到底是哪一部分的基因能够被RNA聚合酶转录。
这一步骤决定了基因的转录与否。
本章需要谈论的问题主要有两个。
1、RNA聚合酶究竟是怎样找到DNA上的启动子序列的?推广这一问题为:究竟蛋白质是怎样阅读DNA上的序列来找到特定的结合位点的?2、调控蛋白是怎样与RNA聚合酶相互作用来启动或者抑制转录的起始、延长、或者终止过程的?2、转录发生在转录泡中:在通常意义上的转录过程中,RNA一般合成于“转录泡”中,转录泡为解开双螺旋的DNA 双链。
RNA链沿着5’-端向3’-端合成。
游离核苷酸的3’-OH与DNA链上的核苷酸的5’-P相互作用,合成RNA链。
RNA 聚合酶与启动子结合后就会解离DNA双链形成转录泡。
当RNA聚合酶沿着DNA模板移动时,其沿着解旋点(unwinding point)解开DNA双螺旋,并且在重旋点(rewinding point)重旋DNA。
转录泡的长度一般为12-14bp,但是RNA-DNA 杂交链区域的长度为8-9bp。
分子生物学知识:小RNA的结构和功能及其在调控基因表达中的作用小RNA是一种短小的RNA分子,通常由20-30个核苷酸组成。
小RNA种类繁多,主要包括siRNA、miRNA、piRNA、tiRNA、srRNA等。
这些小RNA在生命活动中发挥着重要的调控功能,特别是在基因表达调控中的作用尤为显著。
一、小RNA的结构和功能小RNA的结构非常精巧。
以miRNA为例,它是由一条链组成的,具有一段3’端的非反义序列和一段5’端的反义序列。
这两端序列中间还有一个短暂的“环”结构。
miRNA经过一系列复杂的加工和修饰后,最终成熟为约22个核苷酸的小RNA分子。
小RNA具有很强的特异性,可以与mRNA上的互补序列结合并靶向调控基因表达。
小RNA在生命活动中发挥着重要的调控功能。
siRNA是一种具有致命性的RNA,可以介导RNA干扰(RNAi)过程中的靶向剪切。
miRNA则主要参与mRNA的翻译后调控,可以靶向降解mRNA或抑制其翻译。
piRNA则主要参与转座子、跳跃子的抑制等重要生命调控过程。
srRNA则参与基因组的稳定性的维护。
这些小RNA种类不同,但都在基因表达调控中发挥着重要的作用。
二、小RNA在基因表达调控中的作用小RNA在基因表达调控中具有多种作用方式。
它们通过不同的途径,影响着基因表达的水平和稳定性。
下面我们详细解析小RNA在基因表达调控中的作用:1、miRNA靶向降解mRNAmiRNA可以通过靶向结合到mRNA上的互补序列,使得该mRNA被降解。
这是一种非常有效的靶向调控方式。
一般情况下,miRNA与mRNA 的反义序列并不完全互补,而是存在一定的错配。
这种错配可以使得miRNA和mRNA形成局部或全局互补结合,并介导核酸内切酶产生“半导体”切割的效果,最终导致mRNA的降解。
这种方式被称为“miRNA 靶向降解mRNA”,可以有效地降低该基因的转录水平,从而影响基因表达的水平。
2、miRNA抑制mRNA的翻译miRNA可以通过结合到mRNA上的互补序列,特别是mRNA的5’端非翻译区和3’端非翻译区,抑制mRNA的翻译。
医学分子生物学名词解释——RNA的生物合成1、转录:生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。
2、结构基因:基因组中,能转录出RNA的DNA区段。
3、不对称转录:在双链DNA分子上,一股链用作模板,另一股链不转录;模板链并非永远在同一条DNA单链上。
4、TATA盒:基因的转录起始点上游多具有典型的TATA序列,通常认为是启动子的核心序列。
5、Pribnow盒:原核生物中,在起始密码子上游有一个由5-6个核苷酸组成的共有序列,以其发现者的名字命名为Pribnow盒,这个框的中央位于起点上游10bp处,所以又称—10序列,是转录的解旋功能部位,一般较保守。
6、内含子:真核生物中隔断基因的线性表达,而在剪切过程中被除去的核酸序列。
7、外显子:在断裂基因及其初级转录产物上出现,并表达为成熟RNA的核酸序列。
8、转录前复合物:真核生物转录前,RNA-pol通过众多的TF与DNA相结合。
包括:TF ⅡD,A ,B,E,F,H,RNA-polⅡ和TATA序列形成的复合结构。
9、断裂基因:真核生物结构基因,由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成,去除非编码区再连接后,可翻译出完整蛋白质,这些基因称为断裂基因。
10、转录终止修饰点:真核生物读码框架的下游,常存在共同序列AATAAA,再下游还有相当多的GT序列,在该处对应的mRNA被切断并加polyA。
被称为转录终止修饰点。
11、转录因子:反式作用因子中,直接或间接结合RNA聚合酶的,则称为转录因子。
12、转录空泡:也称转录复合物,在转录过程中由RNA聚合酶的核心酶、DNA和转录产物RNA三者结合形成的复合体。
13、CTD:羧基末端结构域,RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序列为yr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段,称为羧基末端结构域。
14、核酶:具有催化活性的核糖核酸(RNA)称为核酶。
分⼦⽣物学第三章RNA转录第三章 RNA 转录(RNA transcription)3.1. Basic concept3.2. Trancription survey3.3. Promoter in Eukaryotes and Prokaryotes3.4. Transcription Termination3.5. Pre-RNA processing in Eukaryotes3.1. 基本概念(P64) Basic concept●基因表达的第⼀步●以D. S. DNA 中的⼀条单链作为转录的模板某⼀基因只以⼀条单链DNA 为模板进⾏转录(不对称转录)●在依赖DNA 的RNA 聚合酶的作⽤下●按A U ,C G 配对的原则,合成RNA 分⼦●模板单链 DNA 的极性⽅向为3’ → 5’, ⽽⾮模板单链DNA 的极性⽅向与RNA 链相同,均为5’ → 3’.● RNA 的转录包括promotion, elongation, termination 三个阶段●从启动⼦(promoter )到终⽌⼦(terminator )的DNA序列称为转录单位(transcriptional unit )●原核⽣物中的转录单位多为 polycistron in operon真核⽣物中的转录单位多为monocistron, No operon●转录原点记为+1,其上游记为负值,下游记为正值● RNA 的主要种类及功能:mRNA ——携带编码多肽的遗传信息tRNA ——将核苷酸信息转化为aa 信息转运aa 进⼊核糖体rRNA ——参与多肽合成3.2.RNA 转录概况3.2.1转录的基本过程1. 模板识别:RNApol 与启动⼦相互识别并结合的过程(形成封闭的⼆元复合物)启动⼦(promoter ):DNA 分⼦上结合RNApol 并形成转录起始复合物的区域,通常也包括促进这⼀过程的调节蛋⽩结合位点rich A/T ,易发⽣DNA 呼吸现象形成单链区2转录起始:启动⼦区解链,转录起始(封闭的⼆元复合物开放的⼆元复合物三元复合物)通常在这⼀过程中RNApol 移动较慢,且易发⽣脱落——流产式起始 ——决定启动⼦的强弱3延伸:延伸过程中的延宕现象(Eukaryotes ):Euk genome G/C 分布不均匀σ脱离全酶(Pro )/RNApol 脱离转录起始复合物(Euk )4终⽌:在终⽌⼦(terminator )处停⽌转录3.2.2 RNApolymerase1 RNA polymerase in Prokaryotes (以E.coli 为例)1)构成核⼼酶(core enzyme):2αββ’DNA3’----TACTCAT----5’ RNA 5’----AUGAGUA----3’5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand)template (antisense strand)全酶(holoenzyme)2αββ’σα:核⼼酶组建因⼦/ 启动⼦识别β:RNA合成的活性中⼼β’:与β共同构成活性中⼼σ:识别启动⼦,增加酶与DNA的亲和⼒σ因⼦可减少RNApol与⾮启动⼦DNA序列的亲和⼒,⽽增加RNApol与启动⼦的亲和⼒,⼀旦转录起始,σ因⼦将脱离RNApol再次引导新的RNApol进⾏转录ρ:参与转录终⽌2)Rifamycin(利福霉素)及Streptolydigin(利链菌素)对Pro转录的影响Rif可结合β,阻⽌NTP的进⼊I位点(Initiation site )(⼀旦形成三元复合物Rif不再起抑制作⽤);利链菌素结合β的延伸位点(Elongation site),抑制延伸。
RNA在分子生物学中的重要性DNA(脱氧核糖核酸)是生物体内储存遗传信息的核酸分子,而RNA(核糖核酸)则在遗传信息的转录和翻译过程中起着重要的作用。
RNA分子具有多种功能,包括信息传递、调节基因表达和催化生化反应等。
在分子生物学中,研究RNA的结构和功能对于理解生命的基本过程以及疾病的发生机制具有重要意义。
首先,RNA在遗传信息转录中起到了关键的作用。
在细胞内,DNA的遗传信息需要被转录成RNA分子,然后再被翻译成蛋白质。
这个过程是由RNA聚合酶酶催化下完成的。
RNA聚合酶能够根据DNA序列的模板合成一条互补的RNA序列,从而复制DNA的遗传信息。
这个转录过程是基因表达的第一步,也是细胞功能调控的关键环节。
其次,RNA还能调控基因表达。
除了编码蛋白质的mRNA(信使RNA),还有一类不编码蛋白质的RNA分子,如rRNA(核糖体RNA)、tRNA(转运RNA)和miRNA(微小RNA)等。
这些非编码RNA分子能够通过与mRNA结合或干扰转录或翻译过程来调控基因表达。
例如,miRNA可以与mRNA互相结合形成双链RNA,从而抑制目标基因的翻译或加速其降解,从而影响细胞的生理过程。
此外,RNA还具有催化生化反应的能力。
人们通常认为酶是能够催化生物体内化学反应的蛋白质分子,但近年来的研究表明,某些非蛋白质RNA分子也能够表现出催化活性,被称为催化RNA或酶RNA。
最著名的例子是ribozyme(核酶),它可以通过自身的结构和序列特征来催化多种生化反应,如核酸剪接和RNA剪切等。
这些发现启示我们重新认识了RNA的功能,并揭示了生命起源和进化过程中RNA的可能作用。
在研究中,科学家们利用各种技术手段来研究RNA的结构和功能。
X射线晶体学、核磁共振等技术能够确定RNA分子的三维结构,帮助我们理解RNA在生物过程中的作用机制。
此外,通过基因工程和遗传学方法,科学家们能够构建特定的RNA序列和结构变体,从而进一步揭示其功能和调控机制。
分子生物学中的RNA结构与功能RNA (Ribonucleic Acid)是生命中一种基本的分子,它在生物体内起着非常重要的作用。
通常,RNA主要参与到基因表达的调控中,它可以通过多种方式将DNA信息转化为蛋白质。
不同于DN A,RNA是一种单链分子,由核苷酸组成。
这些核苷酸分别由核糖,碱基和磷酸基团组成。
在DNA上有四种碱基:腺嘌呤,胞嘧啶,鸟嘌呤和胸腺嘧啶。
RNA分子中不包含胸腺嘧啶,而在DNA 中没有尿嘧啶。
RNA和DNA之间的主要区别是,RNA中的氧原子替换了DNA中的一个氢原子,使其在敏感情况下更加容易被分解。
在RNA的多种形式中,最常见的有RNA,mRNA, tRNA, rRNA,它们都分别承担着不同的生物学功能。
RNA的结构和功能有相互关系。
RNA分子的具体结构取决于其序列,这决定了它们能够与其他生物分子非常精确地相互作用和进行反应,它们还决定着RNA的折叠形式以及RNA与其他分子的相互作用。
RNA可以从DNA中转录出来,并按照其序列进行翻译,形成多种蛋白质。
这个过程涉及到的RNA形式是mRNA (messenger RNA)。
在该分子的转录过程中,一个特定的酶(RNA 聚合酶)启动RNA的合成。
然后,这个核糖核酸链接到核糖核酸机器的一个分支上。
这个机器能够识别、拷贝和翻译RNA序列,从而合成DNA。
RNA的另一种形式是tRNA (transfer RNA),它主要用于靶向正确的氨基酸位置,并将其连接到正在合成的蛋白质链上。
tRNA含有一个“折叠”(cloverleaf-like)结构,因此也有称为“wobble配对”(wobble pairing)的单独结构(一朵紫苏),以及一个挂钩(a CCA-3’末端)用于连接氨基酸。
另一种RNA形式是rRNA (ribosomal RNA),它是核糖体中最主要的分子,它支持RNA和蛋白质的合成。
在像真核细胞中一样的细胞中,rRNA只是其他RNA中一小部分的一部分,但它高度在真核生物中重要。
【分子生物学】第十八章RNA对生命活动的调节第十八章RNA对生命活动的调节人体中约有255种小RNA,占1%的基因组长度,其中很多可能被以前认为是“垃圾DNA”的区域所编码,他们也可能通过自身的RNAi机制,在生命过程的各个阶段关闭或调控基因表达水平,从而控制细胞的多种生命活动,包括胚胎发育过程的调控。
第一节RNA世界??有关生命起源的假设根据RNA世界的假设,生命的最初的分子既不是DNA也不是蛋白质,而是兼具信息和催化功能的RNA分子。
因为RNA分子在某种程度上能够复制他们自己;而且还能催化一些最基本的反应。
第二节核酸和酶一、生物催化剂的特点: 具有催化活性的RNA,并称之ribozyme,即核酶。
二、核酶(Ribozyme)1982年Cech等人在研究四膜虫 ,首次发现具有自切割作用的RNA 。
天然核酶可分为四类:①异体催化剪切型,如RNase P是以剪接体的形式参与内含子剪切的,如mRNA的内含子的剪接。
②自体催化剪切型,如植物类病毒、拟病毒和卫星RNA的剪切,以及tRNA的特殊剪接方式。
③第I类内含子自我剪接型,如四膜虫大核26S rRNA的内含子的切除。
④第II类内含子自我剪接型,如酵母线粒体基因的内含子去除。
改变了长期以来认为“酶(必须)是蛋白质”的传统观念,现实意义的是人工设计的核酶已用在治疗肿瘤、抗病毒、抗其他病原微生物的研究中。
图18-1 Ribozyme作用原理具有酶活性的DNA分子称为脱氧核酶(DNAzyme),也可以切割RNA分子。
图18-2 手枪型脱氧核酶分子第三节RNA对基因表达的调控RNA分子在生物大分子加工和基因表达调控等方面还起着重要的作用:① gRNA(导引RNA)在mRNA编辑方面 ;②snRNA(核内小分子RNA)在mRNA加工方面 ;③snoRNA(核仁小分子RNA)在rRNA切割和修饰的成熟过程中 ;④RNA Pol(RNA聚合酶)在tRNA加工方面;⑤Telomerase(端粒)RNA 在DNA复制和端粒合成方面;⑥SRP(信号识别颗粒)-RNA在蛋白质分泌和转运中 ;⑦tmRNA在终止破损mRNA的合成方面 ;⑧Lin-4相关的反义RNA在发育控制中的作用;⑨rps14相关的反义RNA对核蛋白体生物合成的调节;⑩dsRNA对靶基因沉默的调节 ;11 Xist(Xi-specific transcript)及其反义RNA Tsix 对X染色体失活的调节;12 此外还有一些RNA分子的功能尚未得到很好的验证,如scRNA(细胞质小分子RNA)、7S,10S RNA等。
分子生物学结课论文谈生物信息传递第一步——RNA转录生物工程学院生物制药专业执行生命功能、表现生命特征的主要物质是蛋白质分子。
DNA贮存着决定生物特征的遗传信息,遗传信息的表达对于从低等到高等生物都具有至关重要的意义,是细胞分化、细胞生长调节、组织形成等生命过程的基础。
DNA序列是遗传信息的贮存者,它通过自主复制得到永存,并通过转录生成信使RNA,翻译生成蛋白质两个过程来控制生命现象。
其中,转录是指以DNA为模板,合成一条与DNA链序列完全相同(除了T→U之外)的RNA单链的过程,是基因表达的第一阶段,对它的调控是生命体最有效的调节方式,因此有着重要的意义。
RNA主要以单链形式存在于生物体内,其高级结构很复杂,它们既担负着贮藏及转移遗传信息的功能,又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。
生物体内拥有三类RNA:编码特定蛋白质序列的mRNA;能特异性解读mRNA 中的遗传信息并将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中的tRNA;直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。
无论是原核还是真核细胞,转录的基本过程都包括:模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止,转录完成之后,还要进行RNA的剪切、编辑、再编码和修饰。
图1.RNA转录过程示意1. 模板识别:该阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。
真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区,需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上,RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物,以保证有效地起始转录。
2. 转录起始、通过启动子:转录起始是基因表达的关键阶段。
转录起始前,启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。
这一阶段是RNA聚合酶与启动子的相互作用,启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的亲和力,从而影响了基因表达的水平。
大部分启动子都存在位于–10 bp处的TATA区和–35 bp 处的TTGACA区的两段共同序列,它们是RNA聚合酶与启动子的结合位点。
分子生物学知识:RNA载体的结构和功能RNA载体是一种在分子生物学中被广泛应用的分子工具,可用于转录基因表达、基因编辑和基因治疗等领域。
本文将就RNA载体的结构和功能进行阐述。
RNA载体结构RNA载体的结构一般由三个部分构成:靶向序列、核苷酸序列和传输载体。
靶向序列是指RNA载体能够靶向肿瘤细胞、病毒或其他细胞类型的特定序列,使其只选择性地转录或表达富含抗肿瘤或治疗相关基因的RNA序列。
核苷酸序列指的是RNA载体的构成,大部分常见的RNA载体是基于RNA干扰技术设计的,它主要由寡核苷酸序列组成,其中一般以“U”代表“T”,且每一组核苷酸之间的连接成为磷酸二酯键。
这一序列也可以通过其他方法进行修改。
传输载体是指RNA载体与其他的生物体表达系统(例如:质粒、病毒等)结合后完成靶向输送、转化。
传输载体的形式可以是琥珀酸离子或介导PEI等,有些也会使用脂质体。
RNA载体功能RNA载体作为一种功能极为强大的分子工具,具备多种功能,可用于转录基因表达、基因编辑和基因治疗等领域。
(1)基因表达RNA载体可通过基因表达来实现靶向治疗。
在这种情况下,RNA载体被设计为带有靶向序列及核苷酸序列,这样它就可以专门靶向肿瘤或病毒序列,选择性地转录或表达富含抗癌或治疗相关基因的RNA序列。
(2)基因编辑RNA载体还可用于基因编辑,它们能够定向选择性地编辑基因组,并通过取消、放置或修改点突变的方式影响特定基因的功能。
其中,RNA导向基因编辑被认为是一种特别具有前途的技术。
(3)基因治疗RNA载体还可以用于基因治疗,这意味着它们可以侵入人体细胞并转录或表达特定的基因来达到预期的治疗效果。
RNA载体的这一能力已经得到了临床验证,已经成为一种成功应用于基因治疗的工具。
总结综上所述,RNA载体作为一种非常有用的分子工具,具有多种功能,如通过基因表达来实现靶向治疗、通过基因编辑来实现基因组的定向选择性编辑和通过基因治疗来实现侵入人体细胞转录或表达特定的基因来达到预期的治疗效果。
分子生物学知识:RNA的表观遗传学意义和机制RNA的表观遗传学意义和机制随着人类对基因组的研究不断深入,表观遗传学这个领域也逐渐成为了研究热点之一。
表观遗传学是指在不改变基因组序列的前提下,通过表观修饰等机制控制基因的表达。
除了DNA修饰以外,在RNA分子中也可以发现一些表观修饰,而这些修饰对于RNA的稳定性、处理和功能起着至关重要的作用。
本文主要介绍RNA的表观遗传学意义和机制。
一、 RNA表观修饰RNA分子中的表观修饰主要包括翻译相关修饰(如甲基化、乙酰化等)、剪切相关修饰(如五叶草酸修饰、磷酸化等)、转录后修饰(如腺苷酸转换酶、去甲基化等)等。
这些表观修饰可以改变RNA的碱基配对方式、稳定性、空间结构和功能,从而调控RNA的降解、剪切、转运、翻译和参与细胞生理过程等。
二、 RNA表观修饰和基因表达调控RNA分子作为基因表达过程中的重要组成部分,其表观修饰在基因表达调控中发挥着重要作用。
以6-methyladenosine(m6A)修饰为例,近年来的研究证实,这种修饰不仅存在于mRNA分子中,同时也存在于非编码RNA分子(如miRNA、lncRNA等)中。
m6A修饰的分布是非常广泛的,目前认为约有20-70%的mRNA和80%的miRNA、lncRNA都会被m6A修饰。
而且,m6A修饰可以影响RNA的稳定性、转录后加工、转运和翻译等多个方面,因此在不同的细胞类型和环境条件下,m6A修饰的位置和水平也会出现不同的变化。
此外,RNA剪切和转录后修饰等也是RNA表观遗传学中不可忽视的部分。
RNA剪切是指通过切割mRNA分子上的内含子,在转录过程中产生不同的剪切异构体,而这些异构体又可以被解读成不同的蛋白质。
近年来的研究表明,剪切的过程中也存在着一些表观修饰,如五叶草酸修饰等。
转录后修饰则是指在RNA分子合成完成后,通过一系列的化学反应进一步改变RNA分子的结构和功能,如腺苷酸转换酶、去甲基化等。
这些修饰不仅影响RNA的行为,还与诸如癌症和神经退行性疾病等疾病的发生进展有关。
分子生物学知识:RNA交互作用的结构和功能RNA交互作用的结构和功能RNA交互作用指的是RNA分子之间以及RNA与其他分子之间相互作用的现象。
在生物体内,RNA交互作用起着极其重要的作用。
这些作用不仅关乎RNA的结构、功能和稳定性,同时也涉及到RNA在生物体内的种种生理过程。
因此,研究RNA交互作用对于我们深入了解生物体内的生理过程和细胞活动具有重要意义。
RNA交互作用的结构在RNA交互作用过程中涉及的RNA分子之间的结构可以分成两大类:一类为RNA与RNA之间的结构,另一类为RNA与蛋白质结合的结构。
RNA与RNA之间的结构RNA与RNA之间的结构主要包括两种:RNA二级结构和RNA三级结构。
简单来说,RNA二级结构指的是RNA分子中基于氢键等锁主链的碱基互补配对形成的双链结构,这种结构通常以“.”表示;而RNA三级结构指的则是一条RNA链将自身卷曲成不同的结构,同时在结构中的不同区域上形成的不同交互作用,如G-四联体(G-quadruplex)、RNA-RNA三联体等。
RNA与蛋白质结合的结构RNA与蛋白质结合的结构是RNA交互作用的另一种重要形式。
在这种结构中,RNA分子通常通过特定的结构域与蛋白质结合,从而形成稳定的RNA-protein复合体。
这种结构主要的类型有:•终止子结构:在由多个蛋白质或RNA-蛋白质复合体结合的终止复合物中,蛋白质通过结合RNA分子上的特定序列来实现RNA的终止。
其中最经典的例子是RNA聚合酶II复合物中的终止子结构。
•可夺取结构:RNA分子通过结合蛋白质形成复合体,控制RNA的空间构象,结果形成RNA-蛋白质复合体。
例如妊娠相关小RNA可以通过与Dicer复合体结合来形成可夺取结构。
•海绵体结构:RNA分子在结构域中形成海绵体,同时与一系列蛋白质结合形成复合体。
这种复合体在matrin3和hnRNPA2B1互作时能够促进核仁的转录。
RNA交互作用的功能RNA交互作用具有多样的功能,其中最重要的要数遗传调控,但其它很多的功能也不可忽略。
反义RNA:(antisense RNA)
参与转录后调控:
细菌响应环境压力(氧化压力、渗透压、温度等)的改变,产生的一些非编码的小RNA分子,能与mRNA中的特定序列配对并改变所配对mRNA分子的构象,导致翻译过程被开启或者关闭,也可能导致目标mRNA分子的快速降解。
(例如:细菌铁蛋白用来储存细胞中过剩的铁离子,bfr基因编码铁蛋白,anti-bfr基因编码反义RNA。
无论培养基铁离子的高低,bfr基因都正常转录,而anti-bfr基因的转录受到能感受铁离子浓度变化的Fur蛋白的调控。
铁离子过多时,Fur蛋白关闭anti-bfr基因,bfr基因正常翻译;而铁离子过低时,anti-bfr基因转录生成大量反义RNA,与bfr的mRNA配对,阻止细菌铁蛋白基因的翻译。
)
参与DNA复制调控:
在EolE1质粒DNA的复制完全依靠宿主DNA聚合酶Ⅰ,质粒DNA编码两个负调控因子Rop蛋白和反义RNA(RNA1),他们控制了起始DNA复制所必须的引物合成。
RNA1的编码区在引物RNA编码区的5’端,转录方向与引物RNA相反,因此与引物RNA的5’端互补。
RNA1通过氢键配对与引物RNA前体相互作用,阻止了RNaseH加工引物前体,使其不能转换为有活性的引物而对复制起负调控作用。
RNA1不仅控制质粒的拷贝数,而且决定了质粒的不相容性。
RNA1与引物RNA分子的相互作用是可逆的,因此细胞内RNA1的浓度决定了EolE1质粒复制的起始频率。
而另一个负调控因子Rop蛋白能提高RNA1与引物前体的相互作用,从而加强了RNA1的负调控作用。
RNA干涉(RNAi)
利用双链小RNA高效、特异性降解细胞内同源mRNA从而阻断靶基因表达,使细胞出现靶基因缺失的表型。
tRNA
●存在经过特殊修饰的碱基,tRNA3’端都以CCA-OH结束,该位点是tRNA与相应氨基酸结合的位点。
●三叶草二级结构:D臂、反密码臂、多余臂、TΨC臂、受体臂(3’端);最大的变化发生在多余臂上。
●稀有碱基含量丰富,特别是反密码子3’端临近部位,对于维持反密码子环的稳定性及反密码子、密码子之间的配对很重要。
●所有的tRNA都能够和核糖体的A位点(新进入的氨酰-tRNA的结合位点)和P位点(肽酰-tRNA的结合位点)结合,此时,tRNA分子三叶草型顶端突起部位通过密码子:反密码子的配对与mRNA相结合,而3’端恰好将所运转的氨基酸送到正在延伸的多肽上。
●起始tRNA能被原核生物的起始因子IF-2或真核生物起始因子eIF-2所识别;其他所有的tRNA都能被翻译辅助因子EF-TU(原核)或eEF1(真核)所识别而与核糖体相结合。
●L型三级结构:靠氢键维持。
tRNA所运载的氨基酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点,而tRNA上反密码子必须与小亚基上的mRNA相配对,所以分子中两个不同的功能基团是最大限度的分离的。
●tRNA上的性质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的。
●分类:
起始tRNA:一类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA。
原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸(fMet),真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸(Met)
同工tRNA(cognate tRNA):几个代表相同氨基酸、能够被一个特殊的氨酰-tRNA合成酶识别的tRNA。
校正tRNA:可分为无义突变(nonsense mutation)校正、错义突变(missense mutation)校正。
校正tRNA在进行校正的过程中必须与正常的tRNA竞争结合密码子,无义突变的校正tRNA必须与释放因子竞争识别密码子,错义突变的校正必须与该密码正常的tRNA竞争。
无义突变的校正基因tRNA不仅能校正无义突变,也会抑制该基因3’端正常的终止子,导致翻译过程的通读,合成更长的蛋白质。
同样,一个基因的错义突变的校正也能使另一个基因翻译错误,在正常位点引入新的氨基酸。
RNA 的剪接:(RNA splicing )
从mRNA 前体分子中切除被称为内含子(intron )的非编码区,并使基因中被称为外显子(exon )的编码区拼接成成成熟mRNA 的过程。
RNA编辑:(RNA editing)
是某些RNA,特别是mRNA前体的一种加工方式,如插入、删除或取代一些核苷酸残基,导致DNA所编码的遗传信息的改变,因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。
介导RNA编辑的机制有:位点特异性的脱氨基作用、引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除。
(例:哺乳动物载脂蛋白2153位密码子从CAA突变为UAA,使编码谷氨酰胺的密码子变成了终止密码子,导致在肝、肠中的不同表达。
)
生物学意义:
1、校正作用:有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可能通过RNA的编辑得以恢复。
2、调控翻译:通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子,是基因表达调控的一种方式。
3、扩充遗传信息:能使基因产物获得新的结构和功能,有利于生物的进化。
指导RNA:(guide RNA)
原生动物及植物线粒体中进行RNA编辑所需的RNA序列,是与已正确编辑的RNA序列互补的一小段RNA,被用来作为向未经编辑的RNA中插入碱基的模板。
RNA的再编码:(RNA recoding)
mRNA在某些情况下不是以固定的方式被翻译,而可以改变原来的编码信息,以不同的方式进行翻译。
其中RNA编码和读码方式的改变,即为RNA recoding。
例如核糖体程序性+1/-1移位、核糖体跳跃、终止子的通读等。
RNA的再编码可以从一个mRNA产生两种或多种相互关联但又不同的蛋白质,这也可能是蛋白质合成的一种调节机制。
RNA的化学修饰:
★包括甲基化、去氨基化、硫代、碱基的同分异构化、二价键的饱和化、核苷酸的替代。
★RNA的化学修饰具有位点特异性。
只含有70~100个核苷酸的核仁(snoRNAs)参与RNA的化学修饰,因为这些RNA能通过碱基配对的方式,把rRNA分子上需要修饰的位点找出来。
一般认为,snoRNA上的D盒(5’-CUGA-3’)是甲基化酶的识别位点。
核酶(ribozyme):
★是指一类具有催化功能的RNA分子,通过催化靶位点RNA链中磷酸二脂键的断裂,特异性地剪切底物RNA分子,从而阻断基因的表达。
★具有自我剪接能力的RNA大多数都能形成锤头结构(hammerhead structure)。
锤头结构催化切割反应的活性较高,而发夹型核酶催化连接的活性较高。
)
★分为:1、剪切型核酶(只剪不接,能够催化自身的RNA或不同的RNA分子,切下特异的核苷酸序列);
2、剪接型核酶(具有序列特异的内切核酸酶、RNA连接酶等多种酶活性。
如I类、II类内含子)
★说明RNA即是遗传物质又是酶,为生命起源提供了新思路,为基因治疗提供了新策略(可以人工合成多种核酶以抑制破坏病毒基因或癌基因等有害基因的功能)。