过程分子生物学(2012).pptVIP

华东理工大学硕士研究生学位课程 基因表达的调控机制 原核生物基因表达的启动开关 人工设计合成修饰型的小分子反义RNA 锁核酸 LNA 肽核酸 PNA 核糖核酸 RNA 人工设计合成修饰型的小分子反义RNA RNA SNA 反义吗啉寡聚核苷酸 anti-MO oligo RNA靶分子 人工设计合成修饰型的小分子反义RNA 1F 真核生物sRNA介导的RNA干扰 RNA分子在遗传信息从DNA到蛋白质的传递过程中扮演着重要的角色，但几十年来有关RNA的消息只能听到微弱的声音。近十几年来接连不断的发现表明，一类被称为小RNA（small RNAs）的物质操纵着很多生命过程。它们能改变基因的表达水平甚至关闭基因、编辑基因组、哄骗细胞形成特定的组织。因此该领域的研究成果被《Science》杂志连续两年（2001-2002）评为年度十大科 成就之一。 1F 真核生物sRNA介导的RNA干扰 a RNA干扰作用的发现 1993年，康奈尔大学的Su Guo在用人工合成的反义RNA阻断线虫基因表达的实验中偶然发现，反义RNA和正义RNA都能阻断靶基因的表达，他对这个结果百思不得其解。直到1998年，美国卡内基研究所的Andrew Fire用确凿的实验结果证明，在正义RNA阻断基因表达的实验中，真正起作用的是小分子的双链RNA，它们是体外转录正义RNA时生成的。上述双链RNA对基因表达的阻断作用称为RNA干扰（RNAi）。随后大量的研究发现，RNAi 现象广泛存在于线虫、果蝇、斑马鱼、真菌、植物、哺乳动物乃至人体内，它们借助于RNAi 抵御病毒的感染， 阻断转座子的转座作用，以维持其基因组的相对稳定性。 1F 真核生物sRNA介导的RNA干扰 a RNA干扰作用的发现 RNA干扰与先前所说的转录后基因沉默、转基因沉默等术语都是一回事，但常与基因表达的反义抑制相混淆。反义抑制过程并不涉及mRNA的催化降解，只是单链反义RNA物理上与mRNA结合并阻断其翻译。Andrew Fire 和 Craig Mello因他们关于线虫RNA干扰的研究（1998）而分享2006年的诺 贝尔生理学或医学奖。 b RNA干扰的作用机理 外源性的双链RNA，不管来自病毒RNA基因组的感染还是人工的导入，均在细胞质中被Dicer酶裁剪成22-24bp的短小双链片段，即 small interfering RNA（siRNA），其3’端含有两个凸出的碱基，负责siRNA的迁移和对靶序列的识别。在RISC复合物的协助下，双链siRNA拆成单链，然后再与具有互补序列的靶mRNA分子结合，形成局部双链。后者或遭RNase的降 解，或直接阻断靶mRNA的翻译。 AGO 复合物 AGO 复合物 1F 真核生物sRNA介导的RNA干扰 c 细胞内固有的miRNA 前已述及，siRNA是由体外来源的双链RNA经细胞内的Dicer酶加工 的sRNA被命名为：microRNA（miRNA）。 进一步的探索发现：在动物、植物、真菌的细胞核内，从结构致密的异染色质中心粒区域的DNA重复序列上会转录出一些特殊的RNA前体大分子，它们同样在类似蛋白因子的作用下，形成长度为21-23个碱基的单链sRNA分子，并发挥特殊的生物学功能。这种细胞内编码的固有 而成的。那么细胞内是否也存在着固有的RNA类似物呢？ miRNA的形成 首先从异染色质中心粒区域的DNA重复序列上转录出大分子的非编码型RNA前体（pri-miRNA），后者在核内被微加工器复合物（由RNaseIII组成）先切成大约70个核苷酸的茎环结构（pre-miRNA），然后再被运输到细胞质中由Dicer进一步裁剪，形成成熟的miRNA分子，最后再由几种因子装配而成。 Science 319, 1787, 2008 miRNA的生物功能 异染色质装配 外成性修饰 转录调控 转录物剪切调控 转录物稳定调控 翻译抑制 结构域构成 （Lewin‘s GENES X 2010） miRNA介导的翻译抑制模式 AAAAA AAAAA AAAAA AGO RISC：AGO + GW182 核糖体 抑制翻译延伸 AAAAA AA AGO AA 降解翻译产物 竞争帽子结构 Cap 抑制核糖体装配 抑制mRNA环化 AGO GW182 mRNA 触发剪尾脱帽 DCP2 miRNA 1F 真核生物sRNA介导的RNA干扰 d RNA干扰原理的应用 如果将外源的双链RNA导入细胞中，则双链RNA分子一方面在Dicer的作用下裂解成siRNA；另一方面在以RNA为模板的RNA聚合酶RdRP的作用下自身扩增，其扩增产物再被Dicer裂解成siRNA。后者解