真核细胞转录的分子机理——2006年诺贝尔化学奖述评

2006年度诺贝尔化学奖授予了美国斯坦福大学医学院的结构生物学教授科恩伯格,表彰他在研究真核细胞转录分子机理方面的贡献.科恩伯格在真核细胞转录调节控制分子机制方面的研究中取得了突破性进展.他将现代生物化学技术和结构测定结合起来,在原子水平重建酵母RNA聚合酶以及一系列和模板DNA、产物mRNA、底物核酸、调节蛋白功能有关的复合物,从而使真核细胞转录的机理得到全面、深刻而清晰的阐述.     

RNA干扰在肿瘤转移研究中的应用

RNA干扰是与特定基因同源互补的双链RNA在体内以序列特异的方式引发靶基因的mRNA降解,从而导致转录后基因沉默的过程。由于其在基因沉默中的高度特异性和有效性,在基因功能和基因药物的研究中有很大潜力。综述了RNA干扰可能的分子机制、分子生物特性和其在肿瘤特别是肿瘤转移中的应用。     

真核细胞基因转录抑制机制的研究

真核细胞的基因转录抑制受多方面的调节,目前的研究已经揭示了转录因子产生转录抑制的分子机制,蛋白之间的相互作用产生的转录抑制等几方面的作用机制.研究了全酶与基因的转录、染色质与真核基因转录抑制、干扰激活因子活性等,在真核细胞基因转录抑制中起的作用.     

质型多角体病毒侵染、转录调节机制的研究进展

质型多角体病毒(Cytoplasmicpolyhedrosisvirus,CPV)隶属呼肠孤病毒科Reoviridae质型多角体病毒属Cypovirus,通常基因组由10个节段双链RNA构成。根据病毒基因组dsRNA片段在聚丙烯酰胺或琼脂糖凝胶中电泳图谱的差异,目前CPV已被分为20个电泳型。依据已有的研究结果,综述了质型多角体病毒(Cypovirus,简称CPV)侵染、转录调节机制的最新研究进展。重点分析了CPV入侵过程;转录过程中CPV衣壳蛋白VP1和塔状蛋白VP3构象变化,促进mRNA起始转录和加帽的作用;大突起蛋白VP5,作为夹状蛋白起到稳定CPV病毒粒子结构的作用;另外,VP5作为mRNA分子伴侣,促进RNA链的解旋和加速链的退火。这些研究结果将为下一步深入研究CPV入侵、转录机制,提供了重要的理论依据和研究线索。     

RNA干涉

RNA干涉是指双链RNA引发的同源mRNA的降解过程,由于其多发生于转录水平,因此又称为转录后基因沉默。RNA干涉现象是在线虫中首次发现的,通过几年的研究发现它广泛存在于生物体中(包括单细胞生物、后生动物和哺乳动物)。本文对RNA干涉现象的发现、作用机制、相关基因等作了简单的论述。     

DNA聚合与RNA转录联用分子机器的改进

建立了一个集成DNA聚合和RNA转录过程,能够重复产生RNA适体片段,并结合孔雀石绿产生荧光信号的分子机器,并探索了此分子机器在检测DNA方面的应用.转录产生的大量孔雀石绿适体序列被释放到溶液中,并可以与孔雀石绿结合产生荧光,实现信号的放大.85μL体系中的聚合转录的最适条件为：DNA聚合酶10 IU（0.118 IU·μL-1）,RNA聚合酶60 IU（0.706 IU·μL-1）,反应时间为3h.在上述条件下,荧光信号随着引发DNA用量的增加而增大.     

细菌Hfq蛋白的结构、功能及作用机制

非编码小RNA(small RNA, sRNA)是细菌基因转录后调控的一个重要层次,也是近十年来原核生物研究领域的焦点之一。大多数sRNA的作用与Hfq蛋白密切相关,即Hfq可以促进sRNA与其靶标mRNA的互补配对,进而影响翻译的进行或者mRNA的稳定性。笔者对Hfq的结构、Hfq参与sRNA调节作用的机制、Hfq在多种细菌中的功能表型进行了综述。Hfq是一个保守的蛋白质,在很多细菌中广泛存在,并与真核生物中参与mRNA剪切与降解活动的Sm蛋白同源。在结构上,Hfq具有两个非等同的RNA结合面,可以结合并介导多个RNA分子的相互作用,其结构体现了和功能的高度统一性。目前,对Hfq的研究主要集中于革兰氏阴性细菌中,在革兰氏阳性细菌中,Hfq的功能尚不明晰; 此外,在许多重要的细菌中,Hfq影响功能表型的具体机制也不清楚。因此,今后有必要进一步精细研究Hfq的分子结构特征和功能特点,深入分析Hfq对细菌表型多样化的影响机制,探究Hfq影响靶标分子和功能表型的详尽机制。     

秀丽线虫细胞核内小干扰RNA调控基因表达的机制研究

生物体内存在大量的不编码蛋白质序列的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA),这些非编码RNA广泛参与生命活动的各个过程,包括基因表达调控、基因组稳定性维持、抵抗外源核酸侵染、发育的时序调节以及肿瘤发生等.越来越多的证据表明一系列重大疾病的发生、发展与这些非编码RNA的产生和调控失衡相关.小调节性RNA正在成为潜在的疾病标志物、药物靶点和生物分子药物.我们的研究主要集中在高等多细胞生物中细胞核里小干扰RNA调控基因表达的分子机制和生物学功能.我们在模式生物秀丽线虫中通过遗传筛选的方法发现了一条小干扰RNA在细胞核内调控基因表达的通路,以及参与这条通路的几个关键的细胞核RNA干扰缺陷型基因(nuclear RNAi defective,Nrde).这一发现不仅解决了高等多细胞生物中细胞核内是否存在小RNA干扰现象的争论,而且发现小RNA可能通过主动转运的方式进入细胞核并调控RNA聚合酶Ⅱ(RNAPⅡ)介导的转录延伸.这一通路还可能参与了生物体的获得性遗传过程.本文重点阐述这一小干扰RNA调控基因表达的分子机制,并提出未来亟待解决的科学问题和发展方向.     

RNA对基因表达调控作用的研究进展

RNA可以单独或者通过与其它蛋白因子的相互作用参与基因表达的调控。在转录前水平,RNA分子可以通过介导DNA的甲基化或异染色质的形成来调控基因表达;在转录水平,RNA分子通过直接与转录因子或RNA聚合酶相互作用来调控基因表达;在转录后水平,RNA利用由siRNA和microRNA介导的RNA干扰机制,通过降解目标mRNA或阻碍目标基因的翻译来沉默基因的表达。此外,mRNA还可以通过感知环境中代谢物的浓度,通过形成核糖开关（riboswitch）来调控基因的表达;反义RNA可以从复制、转录和翻译3个水平上调控基因的表达。     

基于高通量测序技术的松材线虫研究进展

松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是松树萎蔫病的病原,严重威胁欧亚等国的松林资源和生态安全。自2011年松材线虫基因组首次公布以来,高通量测序技术成为该病害的重要研究手段之一。笔者从松材线虫的功能基因、非编码RNA、转录表达差异和基因组学等方面综述其致病机理,认为随着高通量测序技术的快速发展,在转录组相关研究方面,可尝试开展空间转录组、单细胞测序等新技术,在染色体基因组的支持下寻找松材线虫中具有潜在调控功能的长链非编码RNA、融合基因和环状RNA等罕见核酸分子,挖掘可能存在的甲基化、RNA编辑、结构变异等未知现象;在基因组学研究方面,可以开展基因家族扩增、大样本全基因组关联分析和数量性状定位等研究,以挖掘与松材线虫致病力和繁殖力等重要性状紧密关联的基因或位点,阐明松材线虫不同种群在进化过程中发生的适应性变化。     

真核生物转录起始影响因子的研究进展

转录水平的调控是基因表达调控的主要方式．本文从染色质与转录激活、ＲＮＡ 聚合酶Ⅱ复合体以及转录起始因子等方面综述了目前关于转录起始影响因子的一些研究进展．     

基于PWM扫描算法的启动子区域统计分析

为了寻找启动子区域上转录因子结合位点的分布规律,进而研究这种规律与真核基因表达调控机制之间的关系,该文从已有数据出发,运用位置权重矩阵(PWM)扫描算法对启动子区域上4种与肝脏特异表达相关的转录因子结合位点分布情况进行了初步研究,并提出了一种新的序列评分方法。通过该方法提取的统计特征,肝脏特异基因的鉴别准确率可以达93.33%。实验结果表明:肝脏特异基因的启动子区域上结合位点的分布情况与其他基因相比存在显著差异。新的序列评分方法可以更好地反映这种差异性,实现肝脏特异基因的精确鉴别。