默露芬芳：精子细胞转变为小蝌蚪时有位低调的守护者

<正>本篇报道围绕2022年上海市自然科学奖一等奖项目“RNA调控在精子发生及男性不育中的新功能机制研究”展开,该奖项由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心刘默芳研究员领衔获得。2006年,刘默芳结束在美国约翰霍普金斯医学院的研究生涯,回到中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所王恩多课题组担任副组长。刘默芳已经和RNA打了很多年的交道,此刻的她十分渴望能独自在RNA领域开拓出一片崭新的天地。     

水稻条纹叶枯病毒基因组含vRNA2 ORF片段的克隆、序列分析及其在原核中的表达

<正>水稻条纹叶枯病毒(rice stripe virus,RSV)是柔丝病毒组的典型代表,其基因组由4种ss-RNA及相应低含量的4种dsRNA组成,其中,RNA1为负链性质,编码RNA多聚酶;RNA2～4均为双义编码性质(ambisense-coding strategy)。为研究该病毒RNA非编码区等调控元件在病毒基因组双义表达过程中的功能,采用反转录-聚合酶链式反应方法(RT-PCR),扩增出覆盖RSV RNA2 5′末端非编码区、vRNA2OrFT区、基因间非编码区及vcRNA2 ORF部分区域的REPI片段(1 159bp)。将此扩增产物克隆于载体pGEM-7Zf(+)的Sma Ⅰ位点上并进行了核苷酸序列测定。     

tsRNAs及其对植物响应非生物胁迫时基因表达的调控

转运RNA(tRNA)衍生的小RNA(tRNA-derived small RNAs, tsRNAs)是一类新兴的保守非编码RNA,通常由在胁迫条件下发生的核酸内切酶切割t RNA前体或成熟t RNA而产生. tsRNAs主要有两种类型,即tRNA衍生的胁迫诱导RNA(tRNA-derived stress-induced RNAs, tiRNAs,也称为tRNA半分子(tRNA halves, tRHs))和t RNA衍生的片段(tRNA-derived fragments, tRFs),两者在成熟t RNA或tRNA前体的切割位点不同. tsRNAs在原核生物和真核生物中都广泛存在,呈现时空特异性表达模式以发挥其功能,它们的失调会引发内稳态失衡(homeostatic imbalance).越来越多的证据表明, tsRNAs主要通过调控基因表达的转录、转录后和翻译水平在各种生物学过程中发挥重要作用.因此,研究tsRNAs的生物学功能及其作用分子机制已成为小分子非编码RNA领域的一个新研究热点.本文主要综述了tsRNAs的分类、生物发生、特征和生物学功能方面的进展,重点介绍了tsRN...     

水稻条纹叶枯病毒基因组含vRNA_2 ORF片段的克隆、序列分析及其在原核中的表达

水稻条纹叶枯病毒(rice stripe virus,RSV)是柔丝病毒组的典型代表,其基因组由4种ss-RNA及相应低含量的4种dsRNA组成,其中,RNA1为负链性质,编码RNA多聚酶;RNA2～4均为双义编码性质(ambisense-coding strategy)。为研究该病毒RNA非编码区等调控元件在病毒基因组双义表达过程中的功能,采用反转录-聚合酶链式反应方法(RT-PCR),扩增出覆盖RSV RNA2 5′末端非编码区、vRNA2OrFT区、基因间非编码区及vcRNA2 ORF部分区域的REPI片段(1 159bp)。将此扩增产物克隆于载体pGEM-7Zf( )的Sma Ⅰ位点上并进行了核苷酸序列测定。结果表明,中国分离物与日本分离物的REPI片段具极高的序列同源性。将REPI片段克隆到原核高效表达载体pJW2的P_RP_L启动子下游,经温度诱导,获得了高效     

非编码RNA在肿瘤发生中的不同作用

哺乳动物中大部分基因通过转录产生大量的非编码RNA.过去的10余年间,microRNA和siRNA2种小分子非编码RNA以及其他各种类型非编码RNA的发现,极大地促进了生物学发展.非编码RNA研究领域也不断被拓展.最近不少文献报道了miRNA和其他ncRNA的各种功能,如H19RNA、HOTAIR、超保守区域转录子、天然反义RNA、转运RNA和线粒体的非编码RNA等非编码RNA参与多种细胞活动,并与一些疾病及肿瘤相关.本文将介绍一些非编码RNA与肿瘤相关的最新研究进展,并着重讨论除microRNA以外其他ncRNA与肿瘤的关系.     

非编码RNA: 比较近缘物种及寻找雄性功能基因

非编码RNA是近来发现的一类具有重要功能的基因. 本文针对“果蝇近缘物种间性腺特异ncRNA表达图谱存在显著差异”一文, 讨论其涉及的内容对ncRNA研究领域发展的意义. 该文采用比较基因组分析与基因间区RT-PCR相结合的简便而有效的非编码RNA检测手段, 在黑腹果蝇中鉴定出12个性腺特异性表达的非编码RNA基因, 并发现他们在黑腹果蝇及其近缘种间的表达存在差异. 这一结论一方面暗示了同一个非编码RNA基因在物种进化过程中演化出了各自的表达调控机制, 另一方面也为性别发育生物学和进化生物学研究提供了一个有价值的ncRNA基因的研究平台.     

CRISPR-Cas9技术发展史:25年的科学历程

CRISPR-Cas是一种重要的原核生物获得性免疫系统。CRISPR序列可转录并加工为非编码RNA——cr RNA,而Cas利用其DNA核酸外切酶完成RNA介导的靶DNA剪切,从而抵御噬菌体和质粒等DNA的入侵。在这一系统基础上改进并发明目前生命科学领域广泛应用的CRISPR-Cas9基因编辑技术。通过对CRISPR序列发现、结构命名、功能预测、实验证实、机制研究和系统改进等的描述,以期能对CRISPR-Cas9技术的诞生过程有一个全面的了解。     

西兰花为什么能抗癌?

<正>科学家最近发现了西兰花(花椰菜)抗癌的原因之一。西兰花所含的有助于预防前列腺癌的萝卜硫素,或许是通过影响长非编码RNA而起作用。长非编码RNA一度被认为是没有特定价值或功能的"垃圾",但上述发现表明,这些RNA在引发细胞恶变及扩散方面起着重要作用。长非编码RNA有成千上万种,它们经常通过控制哪些基因被开启(或者说被"表达"以执行其基因功     

长链非编码RNA在癌症中的研究进展

长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)是一类转录本长度超过200个核苷酸的非编码RNA,通常不编码蛋白质。随着研究的进展,人们发现lncRNA来源复杂、功能各异,在表观遗传学、转录水平、转录后水平等多个水平发挥着重要的作用。笔者旨在介绍lncRNA的来源及生物学功能,并着重阐述其在癌症生物学中的研究进展。     

发现新型非编码RNA

据英国Nature Structural&Molecular Biology,2015,doi:10.1038/nsmb.2959报道,中国科学技术大学单革实验室的李兆勇等人发现一类新的非编码环状RNA,在细胞核内调节亲本基因的转录。非编码RNA是指细胞内不编码蛋白质却行使多种生物学功能的RNA,而环状RNA大多为非编码RNA。李兆勇等人通过交联和免疫沉淀方法找到111种与RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)有关的环状RNA,并对其中两种circEIF3J和circPAIP2进行了详细研     

植物DNA从头甲基化的机制

DNA甲基化是一种常见的表观遗传修饰,与基因的表达调控、转座子的沉默及异染色质的形成等紧密相关. DNA从头甲基化是指在新位点建立甲基化修饰的过程.植物中存在多个DNA从头甲基化通路,主要分为RNA介导的DNA甲基化(RNA-directed DNA methylation, Rd DM)及CMTs(CHROMOMETHYLASEs)参与的从头甲基化.Rd DM通路在非编码RNA的介导下靶向建立甲基化修饰,可调控植物多类生长发育过程.伴随着研究的深入,多条非经典的Rd DM通路得以发现,这些通路在转座子的识别和沉默方面有着重要作用.此外,非模式植物中的研究还对CMT3参与从头甲基化的机理进行了探索.基于DNA从头甲基化机制,最近的研究开发了多种靶向DNA甲基化操控工具,这些工具将推进对DNA甲基化功能的认识,并有望进一步用于遗传操控进行作物改良.本文综述了植物DNA从头甲基化机制的最新研究进展,并针对该机制的应用进行了讨论.     

遗传信息的转录和翻译机制是怎样发现的

文章具体地介绍了遗传信息表达机制的发现过程:克里克关于序列假设、中心法则、模板RNA和连接物RNA的提出及其实验背景;信使RNA概念的形成及其转录机制的发现;转移RNA的功能及其结构的发现;在核糖体上蛋白质合成机制的确立.     

从事小RNA研究的启明星——访复旦大学遗传所明凤博士

想到采访明凤(下图)是因为她做的课题"小RNA和水稻缺磷的响应机制研究".我尽管是生物学外行,但由于职业的缘故,比较关心生命科学的进展,microRNA这几年很热门,2002年曾被<科学>杂志评为年度世界十大科学进展之一.但是好像很少看到国内干这一行的人在这个领域做出有影响的工作,明凤我以前完全不认识,尽管她所在的复旦大学遗传所我有一些相熟的朋友.看到"小RNA"登上了上海启明星项目榜单,我眼睛顿时一亮,于是有了这次访问.     

A至I RNA编辑: 遗传信息修饰的新机制

A至I RNA编辑(A-to-I RNA editing)是一种遗传信息修饰机制, 是基因调控在转录后水平发生的另一重要事件, 也是对分子生物学理论的重要补充. A至I RNA编辑酶可催化转录初产物RNA前体(pre-RNA)中特定部位的腺苷转变成肌苷, 从而产生新的遗传密码, 是蛋白质分子多样性发生的重要机制之一. 研究发现, 哺乳动物体内已知的几种A至I RNA编辑底物均编码具有重要功能的蛋白质, 其编辑变化可引发相应疾病, 提示A至I RNA编辑缺陷可能与多种疾病的发生相关. 由于目前明确的A至I RNA编辑的底物较少且均局限于中枢神经系统, 寻找更多新的受ADARs调控的下游基因, 并对其功能进行研究, 将有助于阐明A至I RNA编辑的生理和病理意义, 并将对分子生物学理论作出重要补充     

非编码RNA研究概述

RNA是细胞以DNA为模板产生的转录产物,根据中心法则,早期一般将RNA整体地看作从DNA到功能蛋白质分子的中间信息专递分子.这些分子也是较早为生物学家所认知的mRNA,rRNA,tRNA等.其中mRNA直接作为翻译蛋白质的模板,而rRNA及tRNA等的功能则直接保证蛋白质翻译的进行.20世纪末及21世纪的研究逐渐让生物学家认识到细胞中还存在多种多样、对于中心法则遗传信息传递并非必需的非编码RNA分子.认识RNA分子的种类、功能、机理,及其与生理、遗传、进化等生命科学重要命题间的相互关系,是当代生物学的重要内容.本文对目前已知的非编码RNA种类、功能及机理,以及在生理、遗传、进化、生态中的作用进行概述.同时也简要介绍了非编码RNA相关的生物技术及生物医药应用.非编码RNA研究已经取得了巨大的进展,进一步的研究无疑将继续作为当代科学研究的重要领域存在,从而回答各种各样RNA在基因组功能中的作用这一问题.     

miRNA:除了抑制,它还有激活功能

早在1993年,美国科学家维克托·安博斯在线虫中发现了第一个miRNA(微小RNA,长度约21~23个核苷酸的内源性非编码单链RNA)。由于其研究的超前性,该结果并未得到广泛关注与认可,并与诺贝尔科学奖失之交臂。至今miRNA的研究已有20多个年头,其功能涉及参与肿瘤细胞的增殖、迁移与侵袭等种种生物学行为。因此,研究miRNA的调控机制对肿瘤临床诊断和治疗具有重要的理论意义和应用价值。传统意义上认为miRNA在细胞浆中通过结合靶基因3’UTR抑制翻译或降解m RNA进而发挥负向调控作用。然而,这很难解释许多位于细胞核内的miRNA的作用机制。近期的研究发现存在核内的miRNA通过结合增强子起到激活基因表达的作用,命名为NamiRNA(nuclear activating miRNA)。那么miRNA的细胞定位是否会影响miRNA的功能呢?定位于细胞核内的miRNA到底与胞浆中的miRNA有何不同呢?     

寨卡病毒非结构蛋白NS5的结构与功能研究进展

寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)是黄病毒科黄病毒属重要成员,因其能引起小头症、格林-巴利综合征等严重神经疾病引起了全球的关注. NS5蛋白是其基因组编码的最大非结构蛋白,主要包括N端的甲基转移酶MTase(methyltransferase)结构域和C端的RNA依赖的RNA聚合酶RdRp(RNA-dependent RNA polymerase)结构域. NS5蛋白是一个多功能蛋白,不仅负责病毒基因组的复制和加帽过程,而且参与调控宿主的多种天然免疫反应.鉴于其具备重要的生物学功能, NS5蛋白被广泛认为是抗病毒药物设计的重要靶标.近年来,寨卡病毒NS5蛋白的高分辨率结构被成功解析,其生物学功能的研究也取得了重要突破,本文就相关领域的最新进展作一简要综述.     

RNA折叠

与蛋白质相比,RNA的折叠是一个比较新的研究领域.不同的RNA分子可能沿着不同的路径,以某些与蛋白质折叠并不完全相同的方式构建出复杂的三维结构.在此过程中,RNA要受到许多环境因素的影响.对这些因素以及RNA的折叠机制进行深入的分析,将加深人们对地位显得日益重要的RNA分子的结构与功能的理解,并由此揭示RNA在基因表达调控过程中所起的重要作用.     

“垃圾”DNA的奥秘

依据DNA双螺旋和遗传信息的中心法则,只有编码蛋白的DNA才被认为是有功能的.然而人类基因组大小与蛋白质数量矛盾以及生物体进化与基因组大小的不相关性(即C值悖论),导致科学家对非编码DNA概念的提出,戏称这些DNA为"垃圾"DNA.随着第二代测序技术发展以及数据分析能力的提升,大量研究表明,这些"垃圾"DNA很多都可以在生理与疾病状态下特异性转录.同时,疾病全基因组相关联研究显示,大量与疾病相关单核苷酸多态性位点位于非编码区,这共同证明了它们是有功能的.进一步研究表明,人类基因组中至少75%的序列是转录的,并将这些转录且不编码蛋白质的产物称为非编码RNA.本研究组系统总结了3大类非编码RNA包括微小RNA、长链非编码RNA和环状RNA的定义和分类以及在疾病中的功能,对这些的非编码RNA的研究将会为疾病的治疗以及诊断方法开启新纪元.     

最初的酶是蛋白质,还是核酸?

生命由三个要素构成。第一,生命同外界之间具有境界膜。生命存在于为这境界膜所隔离的微小环境下。现在的生物细胞膜组成以脂质和蛋白质为主。第二,生命具有自我复制能力,即具有产生的后代同自己相似的自我保存能力,这功能基于DNA携带的遗传信息。第三,生命具有自我维持功能,换句话说,就是能进行代谢活动。在现在的生物中,合成核酸和蛋白质的顺序是: DNA 转录 RNA 转译蛋白质这就是著名的中心法则。现有的生物都以这样的顺序从DNA生物合成(转录)RNA的,但最近有人认为在最初生命诞生时不用DNA、而是以RNA作为遗传信息体的。其根据有以下几个方面:1.各种RNA(如mRNA、rRNA、tRNA等)同蛋白质的生物合成关系密切,同DNA则无直接联系;2.DNA是RNA糖部分2’-OH的还原,就是说可以从RNA进行生物合成;3.DNA的生物合成过程中需要短链RNA引物;4.小病毒的遗传物质是RNA,大病毒是DNA;5.RNA病毒的逆转录酶也许是留有从RNA到DNA过渡期痕迹的化石;6.NAD和FAD那样的RNA诱导体作为辅酶参与酶作用;7.在前生物合成系统中,低聚核糖核苷酸比低聚脱氧核糖核苷酸更容易被合成;8.在RNA中有的具有酶作用,等等。