细胞生物学 第四章 细胞质、 核糖体与RNA.pdf

第四章细胞质、核糖体与RNASCXQOI第一节细胞质第二节核糖体第三节非编码RNA第一节细胞质细胞质(cytoplasm)又称胞浆,是细胞质膜包围的 除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称，由细胞质基质、细胞器、细胞骨架和包涵物组成。细胞质基质中主要含有与细胞内各种中间代谢反 应相关的数以千计的酶类和与维持细胞形态和细胞内 物质运输有关的细胞质骨架结构。细胞质骨架是细胞质基质结构体系的组织者，为 细胞质基质中的各种成分和细胞器提供锚定位点，保 证细胞内各种复杂代谢反应高效而有序的进行。细胞质的组成，细胞质基质（内质网、高尔基体细胞器（溶酶体、包内体、分泌泡（线粒体、叶绿体、核糖体、中心粒细胞质4（微管 细胞质骨架，微丝（中间丝(糖原颗粒(glycogen granule)包涵物，脂滴(fat drop)(分泌颗粒(secretory granule)细胞质基质细胞质基质和胞质溶胶 化学组成;小分子;水、无机离子；中等分子：脂类、糖类、氨基酸、核甘酸及其衍生物；大分 子;多糖、蛋白质、脂蛋白、RNA“酶溶液”vs区域性分布 细胞质基质与蛋白质的寿命控制细胞质骨架 微管、微丝和中间丝组成的高度动态结构体系 不同细胞间差异很大 细胞特定形状的维持 细胞内部布局 细胞运动母牛内皮细胞的肌动蛋白纤维（微丝）母牛内皮细胞的微管包涵物没有代谢活性，有特定形态的结构 贮存能源物质、分泌颗粒糖原颗粒 脂滴 分泌颗粒糖原颗粒分泌类固醇激素 的细胞内脂滴肝细胞内大量糖原颗粒胰腺外分泌腺细胞内 大量胰酶原分泌颗粒a细胞质遗传 59 次I叶绿体和线粒体中含有的DNAScxol胞质遗传因子与核基因的独立性多种表现形式，以母系遗传为主内膜和外膜基粒类囊体基质类囊体M.S1 pm电镜下的叶绿体超微结构电镜下的线粒体超微结构第二节核糖体核糖体是细胞质中最重要的细胞器之一。在细胞将DNA的基因信息翻译为蛋白质的过程 中，核糖体在mRNA的指导下合成相应的蛋白 质。在翻译过程中，核糖体需要解读mRNA的 密码子，招集相应的氨酰tRNA,并催化肽链 的生成。口核糖体的基本类型沉降系数(sedimentation coefficient,s)按存在部位细胞质核糖体 线粒体核糖体(55S,由35s 和25s大、小亚基组成)按存在的生物类型真核生物核糖体原核生物核糖体核糖体的基本类型70SMW2,500,000MW1,600,000MW900,0005S rRNA I 28S rRNA 5,8S rRNA 18S rRNAU I 石 120个核昔酸。60个核昔酸1900个核昔酸5SjgNA120个核昔酸23S rRNA2900个核昔酸16S rRNA室1540个核昔酸34种蛋白质21种蛋白质原核核蛋白体4700个核昔酸49种蛋白质 33种蛋白质真核核蛋白体原核/真核细胞核糖体的特点比较基本特点原核生物核糖体真核生物核糖体沉降系数70S80S相对分子量(kDa)2.5X1033.94.5X103亚基组成50S30S60S40S丰度(每个细胞)15X102-18X103个106-107 个其他游离核糖体(free ribosome)和附着核糖体(内质网)核糖体的成分核糖体无膜结构，主要由核糖体蛋白（ribosomaprotein,r蛋白质)和核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA）构成。2种rRNA(23S和5S)3种rRNA(28S、5.8S、5S)成分组成原核生物真核生物基本组成比列rRNA 约占2/3rRNA约占3/5r蛋白质约为1/3r蛋白质约为2/5大亚基组分31种蛋白质49种蛋白质小亚基组分21种蛋白质1种rRNA(16S)33种蛋白质1种rRNA(18S)核糖体的成分 rRNA占细胞总RNA的绝大部分 去除rRNA的核糖体不能维持正常形态 rRNA含有不同比例的A、U、G、CrRNA为单 链RNA,但有双链区核糖体的结构大小亚基的结构大亚基(11.5 义 23 X 23nm)：略对称的皇冠状，中间为“鼻”，两侧为“脊”和“柄”小亚基(5.5X22 X22nm):长条形的扁平不对称颗粒，由头和体两部分组成。大小亚基结合在一起形成核糖体,凹陷部位彼此对应形成一个隧道,供蛋白质翻译时mRNA穿行核糖体大小亚基的结构示意图核糖体的结构16S rRNA的结构16S rRNA的一级和二 级结构均十分保守，具 有臂环结构（stem-1 oop structure）。16S rRNA的空间结构在 电镜下呈V字形空间结构（右）16S rRNA的二级 结构（上）核糖体的生物发生rRNA的转录与加工 rRNA基因在基因组中具有多个拷贝，E.co中有7套拷贝，真 核生物中有数百到数千个拷贝，其中5s rRNA有50000个拷贝 真核生物的染色体中28S,18s和5.8S rRNA基因是串联分布的,基因间有间隔区分开；5S rRNA基因为独立存在 原核生物中5s rRNA基因与其他两种rRNA基因位于同一染色体 上 在生命活跃的细胞中，rRNA的拷贝数或细胞核的数量增加，以 适应蛋白质大量合成的需要。核糖体的生物发生核糖体的自我装配:核糖体由各种RNA和蛋白零件组成完整的核糖 体不需要其它任何因子参与，属于自我装配真核生物和原核生物的核糖体装配方式不同核糖体的生物发生真核生物的核糖体装配流程：NucleusRibosomal proteinsrDNA5S rRNACytoplasm-18S40S subunit60S subunit28S 5.8S 5S核糖体的生物发生镁离子对核糖体存在形式的影响:细胞质中，核糖体的存在形式受到镁离子浓度的影响核糖体以大、小亚基分离的形式存在1mMMg2+1 OmM,核糖体形成100S大小的二聚体核糖体的生物发生原核生物的核糖体装配流程(co/i)小亚基的装配：1.大约2/3的蛋白质在较低温度条 件下先与16SrRNA结合，形成一个 21s的中间颗粒2.当温度上升到37后，核糖体 中间物发生构象改变，不增加蛋 白质但沉降系数改变为26s3.由于构象变化，产生一些新结 合位点。其余的蛋白质(占1/3)再 次在较低温度条件下与26s颗粒结 合，形成完整的有功能的30s颗粒S21)大肠杆菌小亚基的装配图S2核糖体的生物发生原核生物的核糖体装配流程（。）大亚基的装配：大亚基的装配过程需要孵育条件（44、4mmo I/L Mg2+）和四步装配过程：1.由两种rRNA（23S、5S）和大约20种蛋白质组成33s颗粒2.当温度上升到44时，沉降系数从33s增至41s3.41S与另一些蛋白质结合，转变为48s4.温度上升到50C,48s转变为有活性的50s大亚基核糖体的作用与蛋白质的生物合成作为蛋白质的装配机，核糖体的许多结构 都对蛋白质的合成过程有着重要意义核糖体的功能活性位点核糖体的作用与蛋白质的生物合成 A位点（Asle）：氨基酸位点。主要分布在大亚基上，是 与新掺入的氨酰基-tRNA结合的部位，可接受氨酰基-tRNA核糖体的作用与蛋白质的生物合成 P位点（$赳）：肽酰基位点。主要分布在大亚基上，是 与延伸中的肽酰tRNA结合的部位，即释放tRNA的部位。核糖体的作用与蛋白质的生物合成 E位点(exit S3)：是脱氨酰tRNA离开A位点到完全从核糖体释放 出来的一个中间停靠点，只是暂时的停留点。E位点被占据时，A 位点与氨酰基tRNA的亲和力降低，可防止与另一个氨酰tRNA的结 合。直到核糖体准备就绪，E位点空出，才会接受下一个氨酰tRNA。核糖体的作用与蛋白质的生物合成 mRNA结合位点：原核生物的核糖体中，与mRNA结合位点位于16s rRNA 的3端。mRNA与核糖体结合的序列称为SD序列，是mRNA中5端富含噂 吟的短核甘酸序列，一般位于mRNA的起始密码AUG的上游57 0bp处，并 且同16s rRNA3端的序列互补。真核生物没有SD序列，mRNA同核糖体 小亚基的结合主要依赖于mRNA5端甲基化帽子结构的识别。核糖体的作用与蛋白质的生物合成 於包 核糖体中r RNA及r蛋白质的作用)、二Scxo。核糖体的蛋白合成功能主要是依靠rRNA来完成的，突变的rRNA能够对 蛋白合成抑制剂产生抗性。具有肽酰转移酶的活性 为tRNA提供结合位点 为多种蛋白质合成因子提供结合位点 在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸 中与mRNA结合 核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proof reading)、无意义链 或框架漂移的校正、以及与抗菌素作用 r蛋白质的作用很可能是对核糖体功能的“微调”及对核糖体的合成、稳定起到辅助作用，r蛋白质的缺失并不能完全阻止蛋白质的合成。核糖体的作用与蛋白质的生物合成/蛋白质的生物合成 蛋白质合成不仅要有合成的场所,而且还必须有itiRNA、tRNA、20种氨基酸按照密码精确地掺入多肽链中，蛋白质因子、酶、Mg、K离子等参与由ATP、GTP提供能量等。每一个核糖体一秒钟可翻 译40个密码子而形成40个氨基酸肽键，其合成肽链效率极高。蛋白质合成分为3大步骤：氨基酸的活化及其与专一转移核糖核酸(tRNA)的连接 肽链的合成(包括起始、延伸和终止)新生肽链加工成为成熟的蛋白质核糖体的作用与蛋白质的生物合成 氨基酸的活化及其与专一 tRNA的连接 此步骤在胞质中进行 氨基酸本身不识别密码，不直接反应生成肽链，不直接到达 核糖体上，需借助转运RNA(tRNA)特异性的氨酉太tRNA合成酶催化氨基酸的竣基与其对应的tRNA的3,端羟基反应，生成含高能酯键的氨酰tRNA氨基酸+ATP+tRNA T 氨酰tRNA+AMP+PPi 反应都是在氨酰tRNA合成酶催化下进行的，具有高度专一性。每一种氨基酸均有专一的氨基酰-tRNA(aminoacyI-tRNA)核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成分3个步骤：起始、延伸、终止蛋白质合成方向从氨基端（N端）向竣基端（C端）进行 mRNA的翻译方向是从5,端到3,端核糖体的作用与蛋白质的生物合成0肽链的合成-起始1.小亚基与mRNA起始密码子的结合2.第一个氨酰TRNA进入核糖体3.完整起始复合物的装配(assembl ing)核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-起始原核生物的蛋白质合成的起始(引自Gerald Karp,Cell and Molecular Biology52004)核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-延伸1.氨酰-tRNA进入A位点2.肽键(peptide bond)的形成3.转位(trans I ocat i on)4.去氨酰tRNA的释放核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-延伸SCXQO1mRNAmRNA5o1mmRNAA U1Ioaa-tRNA 进入V肽键形成EF-Tu-苯丙氨酸 Phe-tRNAGDPEF-TuQ移位A A A原核生物的蛋白质合成的延伸(引自Gerald Karp,Cell and Molecular Biology,2004)核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-终止64个密码子中有3个终止密码子，不编码氨基酸而终止多肽的装 配。当核糖体到达UAA、UAG和UGA任何一个密码子，由于没有与之相 匹配的反密码子，终止蛋白质的延伸，导致多肽链从tRNA中脱离出来1.终止密码子到位 2.奔放因子同终止密码结合 3.多肽链释放 4.释放其他成分核糖体的作用与蛋白质的生物合成 国性Scxo 肽链的加工 除去N端的甲酰甲硫氨酸（原核）或甲硫氨酸（真核）切除没有功能却存在于前体中的肽段 氧化二个半胱氨酸的疏基生成二硫键 氨基酸残基的修饰，如：磷酰化、糖基化、甲基化、乙 酰化和羟基化 结构蛋白需经过修饰、剪接后形成四级结构而发挥功能核糖体的作用与蛋白质的生物合成喋口令霉素对蛋白质合成抑制Resembles end of tRNA chaino=c-cch2 nh2Puromycinl l（；l KI：11.och3Resembles phenylalanineo=cch2 nh23-terminus of phenylalanyl-tRNA The similarity between puromycin anQ多聚核糖体核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至 几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体(po I yr i bosomes或po I ysome)。多聚核糖体的生物学意义细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的 长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其 浓度的调控更为经济和有效。多聚核糖体电镜下的多聚核糖体多聚核糖体completed polypeptide chainnascent/polypeptide chain100 nm第三节非编码RNA一、核酶 二、小 RNA三、I ncRNAProportion of functional elements within genomes13%2%85%28%2%70%YeastS.cerevisiaeNematodeC.elegansDrosophfla0.5%1.5%98%Human0.5%0.01%Lunfish(dipnoQ Coding(protein)RNA Non-coding基因组的转录情况Transcriptional output/complexity基因组和转录 Genome and transcription(tiling array data)编码蛋白序列 Protein coding sequence-人(Human)基因组的2-3%-线虫基因组的25%基因组的转录水平Transcriptional activity-人 基因组的叁90%(40-50X)-线虫 基因组的 70%(2-3X)绝大部分的转录产物是非编码RNA 物种间最主要的差别也是非编码RNA细胞中主要的RNA种类SCXOOI名称定义功能大小(nt)mRNAsMessenger RNA编码蛋白质的信使RNA变化大rRNAsRibosomal RNA核糖体RNA,催化蛋白质合成人：120,160,1868,5024tRNAsTransfer RNA运输RNA,蛋白质合成中作为mRNA和氨 基酸之间的桥梁70-90snRNAsSmall nuclear RNA小的细胞核RNA,在细胞核加工中起 作用,如pre-mRNA的加工100-300snoRNAsSmall nucleolarRNA小核仁RNA,对rRNA进行加工和修饰60-300scaRNAsSmall Cajal body-associated RNA在ca ja I小体中发现，用于修饰snRNA200-300miRNAsMicroRNAs小RNA,用于降解mRNA和阻断翻译21-22siRNAsSmall interfereRNAs小干扰RNA,直接降解mRNA和建立压 缩的染色质结构20-25piRNAsPiwi-interactingRNA生殖细胞中的小RNA,维持转座子沉默，抵抗转座子，在配子发生中起作用23-30IncRNAsLong noncodingRNA长链非编码RNA,用多种功能，如调控 基因的转录等200以上 1Q2 JA一、核酶具有催化功能的RNA称为酶性RNA，又称核酶(ribozyme,Rz)；具有催化功能的DNA称为酶性DNA,又称脱氧核酶(deoxyribozyme,DRz),两者统称核酶(nucleozyme)。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原 始的催化酶。核酶的发现突破了酶是蛋白质的经典观念，是人类对酶 化学本质认识的飞跃，补充和发展了“中心法则”。核酶的发现发现 1980s Thomas Cech等发现 研究四膜虫的26SrRNA前体加工 发现：26S rRNA前体可进行自剪切(sHf-splicing)证明 26SrRNA基因克隆 无细胞系统中转录 研究26SrRNA的前体分子剪切核酶的类型 Rz广泛存在于由低等到高等的多种生物中，参与细 胞内RNA及其前体的加工和成熟过程。目前自然界发 现的核酶按分子大小分类，可分为大分子核酶和小 分子核酶两类。DRz是利用体外分子生化技术获得的一种具有高效催 化活性和结构识别能力的单链DNA片段。迄今已发现 的DRz有几十种，但有类似催化活性的DRz在自然界 中还没找到。核酶的类型大分子Rz的类型：核糖核酸酶P(RnaseP)催化切害UtRNA、rRNA I类内含子 II类内含子小分子Rz的类型：锤头型 发夹型 HDV(丁型肝炎病毒)核酶 VS核酶核酶的类型DRz的类型 具有RNA切割活性 具有DNA连接酶活性 具有口卜咻金属化酶和过氧化酶活性 具有DNA水解活性 具有DNA激酶活性 具有N2糖基化酶活性 具有DNA戴帽活性核酶的类型Rz与DRz的比较:特性DRzRz化学组分DNARNA催化特性图度专一性和图效性，与底物严格按照碱基 配对原则结合。DRz-mRNA杂交分子较Rz-mRNA杂交分子易解离；催化效率远远高于Rz图度专一性和局效性,与底物严格按照碱基 配对原则结合成构及活 性中心特 点缺少2-羟基，分子量较小，受靶序列二级结 构的影响较弱，活性中心结构有更大的选择 性，对底物的趋近性比Rz好，一般DRz较Rz 有更多的剪切靶位可供选择每个核甘酸都具有一 个2-羟基，结构相对 复杂核酶的类型Rz与DRz的比较:特性DRzRz底物DNA或RNARNA稳定性在生理pH、温度和离子强度等条 件下，稳定性约为RNA的105倍；在细胞培养和体内环境中，对核 酸的降解作用比Rz高得多与DRz相比稳定性差核酶的作用机制各种核酶的RNA分子中内含子(Intron)切除机制的 不同，可分为剪切型和剪接型两大类型 剪接型：相当于内切酶和连接酶两种酶的联合作用，催化自身RNA进行剪切和连接 剪切型：相当于内切核酸酶的作用，可催化RNA分子 切除一段核甘酸序列核酶的剪切作用和剪接作用都不需要其它酶(蛋白质)参与，称为自我剪切(self-cleavage)和自我剪接(Self-Splicing)作用。核酶的作用机制剪接型核酶的作用机制第一类自我剪接 包括I型内含子和II型内含子 需要外源性亲和物质：外源鸟昔或其它亲和物质 催化反应需Mg2+参与核酶的作用机制剪接型核酶的作用机制第二类自我剪接不需要外源性亲和物质，利用自身内部的腺背作为亲 和物质 催化反应需Mg2+参与 剪下的内含子生成一个套索(lariut)形式的中间产物核酶的作用机制剪切型核酶的作用机制 剪切型核酶是将自身RNA或异体RNA切除一段特异的 核甘酸序列 剪切型核酶的作用特点是只剪不接 剪切型核酶都是通过同样可逆的磷酸二酯断裂反应 来破坏RNA链 目前，关于磷酸二酯的断裂机制尚有争议。口核酶的作用机制锤头型核酶核酶的作用机制锤头型核酶(hammer head r i bozyme)是植物病毒中的一种核酶 催化时形成一种特殊的二级结构，类似锤头 有一个双链螺旋的柄结构(柄I I)核酶同靶RNA配对形成柄I和柄III 切点在靶RNA的柄I、柄II配对区之间核酶在演化中的地位RNA世界假说因发现RNA具有催化和自 复制（不同于病毒RNA的自复 制）功能而提出的一种假说，认为生物进化过程中，最早 出现的生物大分子是RNA,而 不是DNA和蛋白质，即在进化 某个阶段有一个“RNA世界”。EVOLUTION OF RNAs THATCAN DIRECT PROTEIN SYNTHESISEVOLUTION OF NEW ENZYMES THAT CREATE DNA AND MAKE RNA COPIES FROM ITt-day cDNA-RNAprotein核酶的应用研究进展 用于生命起源的研究 用于植物病毒防治的研究 用于人类疾病防治的研究二、小 RNA3Scxool小RNA(microRNA 或 small RNA)是一种 长度介于20-24个核甘酸的单链RNA,作为一种负 调控因子,miRNA作用于它们的靶标mRNA,能够 在转录或翻译水平上对基因的表达起到调控作用。不同物种中大量的小RNA被报道小RNA的分类 siRNA由DICER（植物中为DCL4）识别并且切割的任何来源（内源或者外源）的双链RNA分子而形成 mi RNA由II型聚合酶转录，经过DICER（植物中为DCL1）切 割,成为成熟的功能小分子RNA小RNA的发生siRNA 源于外源病毒入侵或内 源RNA产生的小分子双 链RNA 长度一般为21nt-25nt si RNA能够在细胞之间 短暂转移21nt 病毒 siRNA|siRNA解旋病毒RNA切割grrqam 儆A植物病毒入侵诱导初生s iRNAPri-MiRWA小RNA的发生mi RNA从自身基因组中转录并加 工而成 pr i-miRNA-pre-miRNA-miRNA一个mi RNA可调节具有共同 功能域的几个不同基因Drospha（动物）DCL1（植物）Pre-wiRBAMiRNA：MRNA 二聚体双连解开单链:LRHARISC非对称R工SC复合物匍译和潟或者纪3A剪切小RNA的作用机制RNA诱导沉默复合体(RISC)RISC一种由多个蛋白质分 子与s i RNA组合而成的复 合物，可切断双链RNA,或是与短小的反义RNA结 合。当RISC与互补链结合 之后，会活化RNase,并 将RNA切断。m7GActivation by ATPAAAAAAAATarget mRNA substratedsRNADouble-stranded RNA(dsRNA)binds to the protein Dicer.which cleaves dsRNA into smaller fragments.One of the RNA strands is loaded into a RISC complex.and links the complex to the mRNA strand by basepairing.mRNA is cleaved and destroyed.No protein can be synthesized.小RNA的作用机制miRNA与siRNA参与调控基因沉默过程的异同小RNA的作用机制除通过RISC对基因进行转录后调控外，s i RNA还可以通过DNA 甲基化、组蛋白甲基化等方式对基因的转录起到调控作用RdDM,染色质修饰(TGS)DNA计Dicer(N)细胞核DMTase,染色质因子细胞质mRNARJSC+siRNA/miRNA 编码区PTGS/RNAimRNA降解Dicer(C)miRNA/stRNA31UTR翻译抑制RdDM:RNA dependent DNA methylation,only observed in plants小RNA的生物学意义 参与发育 参与病毒防御 参与环境胁迫响应miRNA、siRNA和piRNA的异同miRNASiRNApiRNA来源内源产生内源或外源合成导入内源产生转录酶RNA聚合酶11RNA聚合酶11RNA聚合酶11形成单链RNA形成双链RNA单链RNA形成加工加工过程：剪切一个侧臂,其他部分降解，加工成熟依赖 Dicer对称地来源于双链RNA前 体的两侧臂，加工成熟依赖 Dicer大的RNA前体，被加工成大量的 piRNA作用的mRNA部位作用于靶标基因3-UTR 区作用于mRNA任何部位作用于转座子RNA任何部位位点数一个基因上可有多个作用 位点一个作用位点一个基因上可有多个作用位点结合蛋白需要Argonaute家族蛋白 形成RICS复合物与Arg2等蛋白形成RICS复 合物与Piwi、ago3 Aubergine等蛋 白形成复合物效果抑制翻译或者导致mRNA降 解靶标mRNA降解转录水平(Piwi)和转录后切 割(ago3、Aub)抑制转座子活性存在的细胞广泛存在广泛存在仅在部分动物生殖细胞中发现功能主要参与发育过程，调节 表达RNAi产物,抑制转座子活 性和病毒感染只作用于转座子mRNARNAi小RNA的应用RNA干扰（RNA interference,缩写为RNAi）是指一种分子 生物学上由双链RNA诱发的基因沉默现象，其机制是通过阻 碍特定基因的翻译或转录来抑制基因表达。当细胞中导入与 内源性mRNA编码区同源的双链RNA时,该mRNA发生降解而导 致基因表达沉默，s i RNA和mi RNA介导的基因沉默现象均可称 为RNAi。RNA i现象可以广泛地应用于研究或治疗领域用于疾病治疗小RNA的应用RNAi主要通过在转录后水平阻断基因的表达，导致蛋白无法合成，出现“基因沉默”。理论上说，我们可以关闭非必需 或致病基因的功能，以达到治疗疾病的作用。动物实验已证明，可以通过RNAi的方法使导致血胆固醇升高 的基因“沉默”；病毒性疾病（HIV,肝炎等），心血管代 谢性疾病等方面的临床试验也正在进行中；这一方法为病毒 性肝炎、艾滋病和肿瘤等人类顽疾的治疗指了一条新路。小RNA的应用用于科学研究在科学研究中，很多时候需要用到基因敲除技术来对某一基 因的功能进行研究。传统的在基因组水平上剔除基因费时费 力，实验周期长。利用RNAi技术，可以方便地通过siRNA或 siRNA表达载体对目标基因基因进行沉默，已成为研究基因 功能的重要手段。小RNA的应用用于动植物品种改良通过RNAi的方法，利用基 因工程的手段对动植物的 遗传特性进行改变，以获 得新的品种A lighter shade of failure?Attempts to deepen thepurple hue of petunias by genetic modification produced unexpected results.Rather than heightening pigmentation.an inserted geness itched colour production oft creating vurlegated blooms linseb.PTGS is now thought to be an ancient self-defence mechanism evolved to combat infection by vi mses a nd transposons*一 A、八 T,(2)作为共调节子干扰转录因子的活性(3)通过核小体的重置来进行转录干扰(4)通过招募染色质重塑复合物进行转录干扰(5)通过促进启动子DNA甲基化来进行转录干扰(6)在沉默启动子上维持染色质阻抑结构实现转录干扰I ncRNAs转录激活的调控机制：(1)IncRNA创造了一个自由的染色质环境，最近报道ncRNA可以 直接从转录增强子上转录(称为增强子或eRNA),可能介导复合物与 核心转录起始位点的相互作用，锁定稳定的转录起始过程。(2)ncRNA和位点激活，另一种I ncRNA激活基因表达的方式是 阻止阻遏复合物的进入，如人的HOXA基因簇的活化表达与IncRNA及 PCG/染色质相互作用失活有关。IncRNA的转录后调控和其它作用(1)参与可变剪接,即IncRNA可以与编码蛋白基因的转录本形成互补双链 干扰mRNA的剪切，进而产生不同的剪切形式；(2)IncRNA与编码蛋白基因的转录本形成互补双链，在Dicer酶作用下产 生内源性的siRNA,负调控基因的表达水平；(3)可作为小分子RNA(如miRNA)的前体分子，负调控基因表达；(4)IncRNA结合在特定蛋白质上调节相应蛋白的活性。内源性竞争RNA(ceRNA)ceRNA(competing endogenous RNAs)假说揭示了一种RNA间相互作用 的新机制。ceRNA可以通过竞争性地结合miRNA来调节基因表达。ceRNA可 以通过应答元件(microRNA response eIements,MREs)与miRNA结合从而 影响miRNA导致的基因沉默，这揭示了一条RNA-miRNA调节通路的存在A Large Intergenic Noncoding RNA Induced by p53 Mediates Global Gene Repression in the p53 ResponseCell 142,409-419,August 6,2010lincRNA-p21在这篇文章，作者发现P53可以直接提高lncRNA-P21的表达，然后 I incRNA-P21与蛋白hnRNP-K结合，再调节其他基因的表达（如图）A ceRNA Hypothesis:The Rosetta Stone of a Hidden RNA Language?Cell,Volume 146,Issue 3,353-358,28 July 2011竞争性内源RNA(compet i ng endogenous RNA,ceRNA)Figure 1.The Basis of the ceRNA LanguageHow mRNAs affect microRNAs is less well characterized than how microRNAs affect mRNAs.(A)The relationship between mRNAs and microRNAs could be reciprocal(Seitz,2009),causing the level of one mRNA to influence the level and activity of another mRNA.(B)Thus,RNA molecules could communicate with each other through microRNA and microRNA response sequences(MREs).The greater the number of shared MREs,the greater the level of communication and thus coregulation.(C)The 3 UTRs of RNA molecules contain MREs,which can function in cis to regulate the RNA molecule itself but also possibly in trans to regulate levels of microRNAs and consequently other RNAs.环RNA怎样像海绵一样吸收微RNA?环RNA(circRNA)已在哺乳动物细胞中被发现，但它们的功能一直不清 楚。现在，来自Nikolaus Rajewsky实验室和Jorgen Kjems实验室的两篇论 文确定了与微RNA miR-7相结合的一个环RNA的一种功能。他们发现，这个环 RNA充满了微RNA结合点，可起“海绵”的作用，能在每个环RNA分子上结合 大量微RNA。这些研究说明环RNA在转录后调控中扮演一个角色。MicroRNAs(miRNAs)lie in a fitness valley constrained by their numerous interactions,which include those with the hairpin structure of the precursor miRNA(pre-miRNA),the many target mRNAs and other RNAs that terminate or modulate miRNA binding to target sequences by competing against them.The latter category includes competing endogenous RNAs(ceRNAs),pseudogene decoys and miRNA mimics.Two studies1,-introduce circular RNAs(circRNAs)as another constraining factor.MRE,miRNA-response element.21 MARCH 2013,Vol 495 Nature pp333;pp384eRNA(enhancer RNAs,enhancer-directed RNAs)Rev-Erbs repress macrophage gene expression by inhibiting enhancer-directed transcription.Nature,02 June 2013;DOI:10.1038/naturs12209Functional roles of enhancer RNAs for oestrogen-dependent transcriptional activation.Nature,02 June 2013;DOI:10.1038/nature12210Widespread transcription at neuronal activity-regulated enhancerso Nature,13 May 2010 DOI:doi:10,1038/nature09033