RNA研究進(jìn)展課件

RNA研究進(jìn)展RNA研究進(jìn)展一、RNA研究的歷史回顧

RNA研究的早期歷史：19世紀(jì)的80年代——20世紀(jì)初，解決了核酸的組成和核苷結(jié)構(gòu)。(Kossel及其學(xué)生)RNA研究進(jìn)展上世紀(jì)50-60年代，揭示了RNA的翻譯功能發(fā)現(xiàn)了tRNA、rRNA、mRNA，破譯了遺傳密碼，基本搞清了RNA將遺傳信息從DNA傳遞至蛋白質(zhì)的途徑。第一個(gè)高潮：RNA研究進(jìn)展上世紀(jì)80年代開(kāi)始形成的，揭示了RNA的催化和調(diào)控功能1981T.Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)rRNA前體的自我拼接，稱為ribozyme。1983R.Simons等以及T.Mizuno等發(fā)現(xiàn)反義RNA。1986R.Benne等發(fā)現(xiàn)RNA編輯(editing)。

1990-1998出現(xiàn)了RNAi技術(shù)第二次高潮:RNA研究進(jìn)展

RNA種類(lèi)不斷增加，具有全部DNA和蛋白質(zhì)的生物功能：攜帶遺傳信息(病毒RNA)催化活力(Ribozyme)調(diào)控功能(反義RNA、ppGpp、oxySRNA、某些抑癌基因、調(diào)控X染色體活性的Xist)運(yùn)動(dòng)功能(pRNA)、信使功能(cAMP)snRNA—mRNA剪接、snoRNA—rRNA成熟加工RNA研究進(jìn)展gRNA——RNA編輯SRP-RNA——蛋白質(zhì)的分泌端粒RNA——DNA端粒合成并影響細(xì)胞的壽命tmRNA——破損mRNA蛋白質(zhì)合成的終止等。尚有很多RNA的功能還未鑒定，如很多scRNA(細(xì)胞質(zhì)小分子RNA)、用沉降系數(shù)命名的7S,10SRNA等。估計(jì):生物體內(nèi)RNA基因數(shù)相當(dāng)于蛋白質(zhì)基因數(shù)RNA研究進(jìn)展真核生物體內(nèi)，一個(gè)由RNA組成的調(diào)控DNA遺傳信息的網(wǎng)絡(luò)正在顯露出來(lái)。從古老的RNA世界走出的自私的RNA，通過(guò)各種途徑，最終仍然掌控遺傳信息的管理和使用權(quán)。與其說(shuō)RNA將攜帶遺傳信息的功能交給了DNA，不如說(shuō)RNA把記錄遺傳信息的職責(zé)交給了DNA。一個(gè)隱藏在表象為DNA-蛋白質(zhì)世界后面的當(dāng)代RNA世界的景象，已經(jīng)若隱若現(xiàn)地出現(xiàn)在人們的面前。RNA研究進(jìn)展RNA組學(xué)（RNomics）2000年新的RNA及其基因的尋找；新的RNA功能研究；RNA時(shí)空表達(dá)譜的建立及其生物學(xué)意義研究；RNA組學(xué)的研究方法（高通量）RNA研究進(jìn)展百年中RNA研究的諾貝爾學(xué)獎(jiǎng)Kossel發(fā)現(xiàn)4種堿基——1910年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Ochoa純化PNP酶并用它合成了高分子RNA——1959年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Holley測(cè)定第一個(gè)核酸(酵母丙氨酸t(yī)RNA)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，Khorana和Nirenberg破譯遺傳密碼——1968年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。RNA研究進(jìn)展

Sutherland發(fā)現(xiàn)作為第二信使的cAMP——1971年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Temin和Baltimore反轉(zhuǎn)錄酶——1978年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Altman和Cech發(fā)現(xiàn)RNA具催化活力——1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Robert和Sharp發(fā)現(xiàn)斷裂基因(與RNA剪接有關(guān))——1993年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。AndrewFire和CraigMello(RNA干擾機(jī)制—雙鏈RNA沉默基因)----2006諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)RNA研究進(jìn)展RNA研究的論文刊物RNA研究進(jìn)展二、RNA組成與結(jié)構(gòu)多樣性—功能多樣性1、RNA組成的多樣性近100種修飾核苷酸（DNA中10種）大量修飾核苷酸對(duì)RNA結(jié)構(gòu)和構(gòu)象產(chǎn)生很大的影響，能改變對(duì)蛋白質(zhì)的識(shí)別及生物功能堿基配對(duì)比DNA復(fù)雜RNA研究進(jìn)展2、RNA有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單鏈無(wú)規(guī)則線團(tuán)、雙鏈結(jié)構(gòu)、發(fā)夾結(jié)構(gòu)、突環(huán)、兩莖連接、四莖連接

RNA研究進(jìn)展三級(jí)結(jié)構(gòu)：假結(jié)結(jié)構(gòu)、三鏈結(jié)構(gòu)、環(huán)-環(huán)結(jié)合、螺旋-環(huán)結(jié)合RNA研究進(jìn)展三、RNA的分類(lèi)：RNA編碼蛋白mRNA調(diào)控RNA非編碼蛋白R(shí)NA持家RNARNA研究進(jìn)展持家RNA：在生命活動(dòng)過(guò)程中，長(zhǎng)期恒定表達(dá)，其功能是維持基本生命所必需的。調(diào)控RNA：表達(dá)有時(shí)空特異性，常常是短暫表達(dá)；在生物的不同層面上調(diào)控；如不同的發(fā)育分化階段、不同性別、不同組織與細(xì)胞系、不同生理狀態(tài)調(diào)控。常與生物的適應(yīng)性反應(yīng)及應(yīng)急性反應(yīng)有關(guān)。RNA研究進(jìn)展51RNA研究進(jìn)展52RNA研究進(jìn)展

四、RNA生物功能的多樣性：

1、RNA在遺傳信息的翻譯中起著決定的作用mRNA信使(messenger)和模板(template)

tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)(transfer)和信息轉(zhuǎn)換(adaptor)rRNA裝配(assembler)和催化(catalyst)

RNA研究進(jìn)展

延伸1992年,Holler證明轉(zhuǎn)肽反應(yīng)是由核糖體大亞基rRNA所催化,核糖體蛋白質(zhì)被認(rèn)為只起輔助作用RNA研究進(jìn)展

2、RNA具有重要的催化功能（核酶）及其他持家功能（house—keepingfunction）RNA研究進(jìn)展核酶(Ribozyme)1）1981年Cech等人在研究四膜蟲(chóng)前體rRNA拼接機(jī)制發(fā)現(xiàn)自我催化，且L-19（395核甘酸）有催化作用2）1983年Altmam和Pace兩家實(shí)驗(yàn)室研究核糖核酸酶P（RNaseP）發(fā)現(xiàn)其中M1RNA具有核糖核酸酶活性RNA研究進(jìn)展Cech小組——四膜蟲(chóng)的26srRNA

幾分鐘內(nèi)切去413nt的內(nèi)含子片斷

成熟的rRNA（IntervemingSeguence）IVS間插序列片斷上述整個(gè)過(guò)程在沒(méi)有任何蛋白質(zhì)和酶的情況下進(jìn)行rRNA前體（不穩(wěn)定）RNA研究進(jìn)展L-19395核甘酸15核甘酸RNA研究進(jìn)展

L-19IVS具有高度的專一性服從Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)規(guī)律

Km＝42×10－6M（C5為底物）

kcat＝33×10－3s-1kcat/Km=10－3s-1M與RNaseA極其相似脫氧C5是其競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑

Ki=260×10-6M-----經(jīng)典酶催化作用特征RNA研究進(jìn)展催化功能：核酸內(nèi)切酶和連接酶活性核苷酸轉(zhuǎn)移酶、磷酸二酯酶、RNA限制性內(nèi)切酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶、氨基酸酯酶、氨酰-tRNA合成酶和氨酰酯酶等。

核酶的Km值較小,即與底物特異結(jié)合的親和力高;轉(zhuǎn)換數(shù)較低,催化速度較低。RNA研究進(jìn)展核糖核酸酶P(E.coli)

tRNA5’端成熟tRNARNaseP蛋白質(zhì)(非活性)RNA(活性＞20mMg2+)

RNaseP中的RNA組分及RNaseP中RNA組分的前體RNA具有核糖核酸酶活性RNA研究進(jìn)展分子間催化(核酶復(fù)合物)核糖核蛋白復(fù)合物——RNaseP,端粒酶核糖體（肽基轉(zhuǎn)移酶）、拼接體、編輯體、信號(hào)識(shí)別顆粒（復(fù)合物中RNA單獨(dú)有催化功能）分子內(nèi)催化RNA合成后的加工（自我切割、拼接、環(huán)化）RNA研究進(jìn)展其他持家功能（house—keepingfunction）tmRNA——破損mRNA蛋白質(zhì)合成的終止gRNA——RNA編輯RNA研究進(jìn)展tmRNA——類(lèi)似tRNA和mRNA(tRNA-likedomain)——5′和3′末端序列有一個(gè)類(lèi)似丙氨酰tRNA的結(jié)構(gòu)，mRNA——中間序列編碼標(biāo)記肽(tagpeptide)RNA研究進(jìn)展RNA研究進(jìn)展tmRNA兼有tRNA和mRNA的雙重功能，在細(xì)胞中參與一種特殊的翻譯反應(yīng)——反式翻譯反應(yīng)(trans-translation)，結(jié)果形成一個(gè)在C-末端接有一個(gè)標(biāo)記肽的嵌合蛋白質(zhì)RNA研究進(jìn)展RNA研究進(jìn)展功能(1)將“滯留”在mRNA上的核糖體解脫下來(lái).使其加入到下一輪蛋白質(zhì)的合成(2)將一段信號(hào)肽加在有缺陷的蛋白質(zhì)C末端,使其有效的水解細(xì)菌體內(nèi)蛋白質(zhì)合成中起“質(zhì)量控制”的物質(zhì)基礎(chǔ)之一RNA研究進(jìn)展RNA編輯——RNA編碼序列的改變稱RNA編輯（editing）RNA研究進(jìn)展RNA編輯的發(fā)現(xiàn)

DNA正鏈序列GAGAAmRNA序列GAU

UGUAUA

····蛋白質(zhì)序列AspCysIle

錐蟲(chóng)coⅡ基因與其表達(dá)產(chǎn)物的序列比較RNA研究進(jìn)展后果mRNA前體——產(chǎn)生多種蛋白tRNA反義密碼——影響蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)rRNA——通過(guò)RNA分子內(nèi)部和分子間的相互作用，改變的穩(wěn)定性及在細(xì)胞內(nèi)的分布RNA研究進(jìn)展2、RNA編輯的類(lèi)型：

1）

多個(gè)U的添加和去除2）

C→U的轉(zhuǎn)變高等植物線粒體RNA編輯、葉綠體mRNA的編輯、載酯蛋白BmRNA編輯3）粘菌線粒體轉(zhuǎn)錄物中單個(gè)C的添加4）A→I（或G），U→G（或A）的轉(zhuǎn)變5）核苷酸的共轉(zhuǎn)錄添加6）3/端多聚腺嘌呤化產(chǎn)生終止密碼子RNA研究進(jìn)展

RNA的編輯----gRNA的作用gggRNA研究進(jìn)展RNA編輯的意義

可以消除移碼突變等基因突變的危害增加了基因產(chǎn)物的多樣性還和生物發(fā)育與分化有關(guān)，是基因調(diào)控的一種重要方法。RNA編輯還可能使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能，有利于生物進(jìn)化

RNA編碼還可能與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)RNA研究進(jìn)展3、RNA轉(zhuǎn)錄后加工和修飾切割、修剪、修飾、異構(gòu)、附加、拼接、編輯和再編輯——特殊RNA（與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物）參加

snRNA——hnRNA轉(zhuǎn)錄后加工、拼接RNA研究進(jìn)展RNA研究進(jìn)展snoRNA——核仁中的小RNA（總和已達(dá)240余種）

一種是獨(dú)立轉(zhuǎn)錄的基因，內(nèi)含子中片段加工而成

參與rRNA前體加工

rRNA中2-O-核糖的甲基化修飾rRNA中尿嘧啶向假尿嘧啶的轉(zhuǎn)換

RNA伴侶---參與了rRNA高級(jí)構(gòu)象的形成過(guò)程（推測(cè)）

RNA研究進(jìn)展4、對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)作用反義RNA——改變靶部位構(gòu)象影響其功能micRNA——可調(diào)節(jié)mRNA的翻譯oxySRNA——抗氧脅迫，多效，抗突變r(jià)oX1RNA——激活雄性X染色體轉(zhuǎn)錄活性XistRNA——哺乳類(lèi)雌性兩性X染色體之一失活RNA研究進(jìn)展5、RNA在生物進(jìn)化中起重要作用RNA研究進(jìn)展生命起源問(wèn)題深入研究蛋白質(zhì)核酸？？RNA研究進(jìn)展三、RNA應(yīng)用技術(shù)核酶反義RNARNAiRNA研究進(jìn)展核酶應(yīng)用——剪刀基因A）改造核酶→罕見(jiàn)的RNA限制性內(nèi)切酶，用于生物學(xué)研究B）對(duì)遺傳病、癌癥和病毒性疾病，給予基因的治療錘頭結(jié)構(gòu)，發(fā)夾結(jié)構(gòu)RNA研究進(jìn)展RNA研究進(jìn)展RNA研究進(jìn)展進(jìn)展及問(wèn)題乙肝病毒、丙肝病毒、A型流感病毒、乳頭瘤病毒、腫瘤、顯性遺傳病——錘頭結(jié)構(gòu)艾滋病病毒——發(fā)夾結(jié)構(gòu)切割效率太低Ribizyme是RNA分子，易為RNase所破壞，給藥途徑有待研究RNA研究進(jìn)展反義RNA的概念反義RNA(antisenseRNA)是指mRNA互補(bǔ)的RNA分子。這種反義RNA通過(guò)與靶RNA堿基配對(duì)結(jié)合的方式參與基因表達(dá)的調(diào)控。通常把轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義RNA的基因稱為反義基因或反義DNA。RNA研究進(jìn)展反義RNA的作用原理

有義DNA信使RNA有義DNA反義DNARNA研究進(jìn)展反義RNA的應(yīng)用

1）反義技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用2）反義技術(shù)在醫(yī)藥方面的應(yīng)用3）反義技術(shù)在分子生物學(xué)研究上的應(yīng)用RNA研究進(jìn)展RNAi(RNAInterference)技術(shù)2002年,RNAi被science評(píng)為最重要的科學(xué)進(jìn)展之一AndrewF