《fo2[基础科学]RNA功能及其研究进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《fo2[基础科学]RNA功能及其研究进展（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、RNA 功能及其研究进展摘要 核糖核酸(RiboNucleic Acid 简称 RNA) 由至少几十个核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的一类核酸,因含核糖而得名,简称RNA。RNA 普遍存在于动物、植物、微生物及某些病毒和噬菌体内。RNA 和蛋白质生物合成有密切的关系。在 RNA 病毒和噬菌体内，RNA 是遗传信息的载体。RNA 一般是单链线形分子;也有双链的如呼肠孤病毒 RNA；环状单链的如类病毒 RNA；1983 年还发现了有支链的 RNA 分子。 RNA 能够充当“ 信使”,传递 DNA(脱氧核糖核酸) 上的遗传信息 ,将其用于蛋白质的生产合成。研究显示,向生物体内注入微小 RNA 片段
2、,会干扰生物体本身的 RNA“信使”功能,导致相应蛋白质无法合成,从而“关闭”特定基因。科学家认为,采用 RNA 干扰技术直接从源头上让致病基因“沉默”, 也许可以更有效地治疗某些疾病。前言RNA 指 ribonucleic acid 核糖核酸，核糖核苷酸聚合而成的没有分支的长链。分子量比 DNA 小，但在大多数细胞中比 DNA 丰富。RNA 主要有 3 类，即信使 RNA（mRNA） ，核糖体 RNA（rRNA）和转运 RNA（tRNA） 。这 3 类 RNA 分子都是单链，但具有不同的分子量、结构和功能。rRNA 是核糖体的组成成分，由细胞核中的核仁合成，而 mRNA 、tRNA 在蛋白质
3、合成的不同阶段分别执行着不同功能。 mRNA 是以 DNA 的一条链为模板，以碱基互补配对原则，转录而形成的一条单链，主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达，是遗传信息传递过程中的桥梁。 tRNA 的功能是携带符合要求的氨基酸，以连接成肽链，再经过加工形成蛋白质。 在 RNA 病毒中，RNA 是遗传物质，植物病毒总是含 RNA。近些年在植物中陆续发现一些比病毒还小得多的浸染性致病因子，叫做类病毒。类病毒是不含蛋白质的闭环单链RNA 分子，此外，真核细胞中还有两类 RNA，即不均一核 RNA（hnRNA）和小核RNA（ snRNA） 。hnRNA 是 mRNA 的前体；snRNA 参与 hnRN
4、A 的剪接（一种加工过程） 。RNA 干扰（RNA interference, RNAi）是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（ double-stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源 mRNA 高效特异性降解的现象。简单的说是指一种分子生物学上由双链 RNA 诱发的基因沉默现象。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。与其它基因沉默现象不同的是，在植物和线虫中，RNAi 具有传递性，可在细胞之间传播，此现象被称作系统性 RNA 干扰(systemic RNAi) 。RNAi 与转录后基因沉默(post-transcr
5、iptional gene silencing and transgene silencing)在分子层次上被证实是同一种现象。RNA 干扰是基因转录后沉默的一种方式，是生物界古老而且进化的高度保守的现象之一。RNAi 是通过 siRNA 介导的特异性高效抑制基因表达途径，由 siRNA 介导识别并靶向切割同源性靶 mRNA。RNAi 具有生物催化反应特征，反应中需要多种蛋白因子以及 ATP参与。关键词 核糖核酸 mRNA tRNA rRNA RNA 干扰RNA 种类及功能在生物体内发现主要有三种不同的 RNA 分子在基因的表达过程中起重要的作用。它们是信使 RNA（messengerRNA，
6、mRNA） 、转运 RNA（tranfer RNA，tRNA） 、核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA） 。RNA 含有四种基本碱基，即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。此外还有几十种稀有碱基。 RNA 的一级结构主要是由 AMP、GMP、CMP 和 UMP 四种核糖核苷酸通过 3，5磷酸二酯键相连而成的多聚核苷酸链。天然 RNA 的二级结构，一般并不像 DNA 那样都是双螺旋结构，只有在许多区段可发生自身回折，使部分 A-U、G-C 碱基配对，从而形成短的不规则的螺旋区。不配对的碱基区膨出形成环，被排斥在双螺旋之外。RNA 中双螺旋结构的稳定因素，也主要是碱基的堆砌力，其次才是氢
7、键。每一段双螺旋区至少需要 46 对碱基对才能保持稳定。在不同的 RNA 中，双螺旋区所占比例不同。细胞内有三类主要的核糖核酸，即：mRNA、rRNA、tRNA。在大多数细胞中 RNA 的含量比 DNA 多 58 倍。 mRNA生物的遗传信息主要贮存于 DNA 的碱基序列中，但 DNA 并不直接决定蛋白质的合成。而在真核细胞中，DNA 主要贮存于细胞核中的染色体上，而蛋白质的合成场所存在于细胞质中的核糖体上，因此需要有一种中介物质，才能把 DNA 上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。现已证明，这种中介物质是一种特殊的 RNA。这种 RNA 起着传递遗传信息的作用，因而称为信使 RNA(me
8、ssenger RNA，mRNA)。 mRNA 的功能就是把 DNA 上的遗传信息精确无误地转录下来，然后再由 mRNA 的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。在真核生物中，转录形成的前体 RNA 中含有大量非编码序列，大约只有 25%序列经加工成为mRNA，最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体 mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别很大，所以通常称为不均一核 RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA） 。 tRNA如果说 mRNA 是合成蛋白质的蓝图，则核糖体是合成蛋白质的工厂。但是，合成蛋白质的原材料20 种氨基酸与
9、 mRNA 的碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此，必须用一种特殊的 RNA转运 RNA（transfer RNA，tRNA）把氨基酸搬运到核糖体上，tRNA 能根据 mRNA 的遗传密码依次准确地将它携带的氨基酸连结起来形成多肽链。每种氨基酸可与1-4 种 tRNA 相结合，现在已知的 tRNA 的种类在 40 种以上。 tRNA 是分子最小的 RNA，其分子量平均约为 27000（25000-30000） ，由 70 到 90 个核苷酸组成。而且具有稀有碱基的特点，稀有碱基除假尿嘧啶核苷与次黄嘌呤核苷外，主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。这类稀有碱基一般是在转录后，经过特殊的修饰而成的。 1969 年
10、以来，研究了来自各种不同生物，:如酵母、大肠杆菌、小麦、鼠等十几种tRNA 的结构，证明它们的碱基序列都能折叠成三叶草形二级结构，而且都具有如下的共性： 5末端具有 G（大部分）或 C。 3末端都以 ACC 的顺序终结。 有一个富有鸟嘌呤的环。 有一个反密码子环，在这一环的顶端有三个暴露的碱基，称为反密码子（anticodon）.反密码子可以与 mRNA 链上互补的密码子配对。 有一个胸腺嘧啶环。 rRNA核糖体 RNA(ribosomal RNA，rRNA)是组成核糖体的主要成分。核糖体是合成蛋白质的工厂。在大肠杆菌中，rRNA 量占细胞总 RNA 量的 75%-85%，而 tRNA 占 1
11、5%，mRNA仅占 3-5%。 rRNA 一般与核糖体蛋白质结合在一起，形成核糖体（ ribosome） ，如果把 rRNA 从核糖体上除掉，核糖体的结构就会发生塌陷。原核生物的核糖体所含的 rRNA 有 5S、16S 及23S 三种。S 为沉降系数（sedimentation coefficient） ，当用超速离心测定一个粒子的沉淀速度时，此速度与粒子的大小直径成比例。5S 含有 120 个核苷酸，16S 含有 1540 个核苷酸，而 23S 含有 2900 个核苷酸。而真核生物有 4 种 rRNA，它们分子大小分别是5S、5.8S、18S 和 28S，分别具有大约 120、160、190
12、0 和 4700 个核苷酸。 rRNA 是单链，它包含不等量的 A 与 U、G 与 C，但是有广泛的双链区域。在双链区，碱基因氢键相连，表现为发夹式螺旋。 rRNA 在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但 16 S 的 rRNA3端有一段核苷酸序列与mRNA 的前导序列是互补的，这可能有助于 mRNA 与核糖体的结合。 snRNA除了上述三种主要的 RNA 外，细胞内还有小核 RNA(small nuclearRNA，snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中 RNA 剪接体（spilceosome）的主要成分。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为 100-215 个核苷酸。snRN
13、A 一直存在于细胞核中，与 40种左右的核内蛋白质共同组成 RNA 剪接体，在 RNA 转录后加工中起重要作用。另外，还有端体酶 RNA(telomeraseRNA)，它与染色体末端的复制有关；以及反义RNA(antisenseRNA)，它参与基因表达的调控。 有的 RNA 分子还具有生物催化作用。上述各种 RNA 分子均为转录的产物，mRNA 最后翻译为蛋白质，而 rRNA、tRNA 及snRNA 等并不携带翻译为蛋白质的信息，其终产物就是 RNA。RNA 研究进展RNA 干扰（RNAi）RNAi 的定义 目前对 RNAi (RNA interference)的定义有很多种，不同的资料对其定
14、义的侧重点也不尽相同，如果将 RNAi 看作一种生物学现象，可以有以下定义： RNAi 是由 dsRNA 介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。 RNAi 是有 dsRNA 参与指导的，以外源和内源 mRNA 为降解目标的转基因沉默现象。具有核苷酸序列特异性的自我防御机制，是一种当外源基因导入或病毒入侵后，细胞中与转基因或入侵病毒 RNA 同源的基因发生共同基因沉默的现象。 如果将其作为一门生物技术，则定义为： RNAi 是指通过反义 RNA 与正链 RNA 形成双链 RNA 特异性地抑制靶基因的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序
15、列的双链 RNA(有义 RNA 和反义 RNA) ,从而诱导内源靶基因的 mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。 RNAi 是指体外人工合成的或体内的双链 RNA（dsRNA ）在细胞内特异性的将与之同源的 mRNA 降解成 21nt23nt 的小片段，使相应的基因沉默。 RNAi 是将与靶基因的 mRNA 同源互补的双链 RNA(dsRNA ) 导入细胞 ,能特异性地降解该 mRNA ,从而产生相应的功能表型缺失, 属于转录后水平的基因沉默(post - transcriptional gene silence , PTGS)。 简单地可以说，RNAi 就是指由 RNA 介导的基因沉默现象
16、。RNA 干扰研究最近由于 RNA 干扰（RNA interference，RNAi）的发现使反义领域的研究增多。这种自然发生的现象最早是在秀丽线虫中发现的，是序列特异性地使转录后的基因沉默的有力机制。由于最近两年在 RNAi 领域取得的进步，已经有许多这方面的综述发表。RNA 干扰是由长的双链 RNA 分子发动的，该分子可以被 Dicer enzyme 加工成长度为 21-23 个核苷酸的 RNA。RNAseIII 蛋白被认为是作为一个二聚体发挥作用，它对双链 RNA 的两个链都进行切割，酶切的产物 3末端互相重叠。然后这种小的干扰 RNA 分子（small interfering RNAs， siRNAs）掺入 RNA 诱导的沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC） ，引导核酸酶降解靶 RNA。这种保守的生化机制可用于研究多种模式生物的基因功能，但是它在哺乳动物细胞中的应用受到阻碍，因为长的双链 RNA 分子会引起干扰素应答。因此 Tu
