microRNA对植物生长发育和病毒侵染的调控

microRNA (miRNA)是一类在真核生物中广泛存在的大小约22 nt的非编码小分子单链RNA, 它可以通过对靶标RNA的剪切或抑制靶标RNA的翻译调控靶标基因的表达. miRNA不仅参与了植物器官的形态建成, 还参与调控植物的信号转导系统等与生长发育相关的基因表达调控过程. 与植物抗病毒RNA沉默途径一样, miRNA途径也受到病毒沉默抑制子的干扰. 本文简述了miRNA介导的RNA调控途径和siRNA介导的RNA沉默路径的异同, 并对近几年miRNA在植物生长发育调控以及与病毒相互作用的研究进展进行了综述, 以求进一步理解真核生物基因表达调控的多层次性及复杂性.     

利用EST及生物信息学方法挖掘马铃薯中miRNA及其靶基因

microRNA (miRNA)是一类调控真核基因转录后表达的非编码小分子RNA. 大量研究表明, miRNA在调节生物功能方面起着重要的作用. 目前发现miRNA的主要方法有直接克隆法和基于生物信息学的基因搜索和同源搜索. 由于真核生物组织中有些miRNA的丰度较低, 而且其表达具有组织和时序特异性, 采用直接克隆法发现新的miRNA有时较为困难. 采用生物信息学方法寻找未知miRNA是当前发现和鉴定miRNA的重要策略之一. 本研究联合了几种生物信息学方法预测了马铃薯(Solanum tuberosum)中miRNA及其靶基因. 通过把拟南芥、水稻等植物已知的miRNAs与马铃薯EST数据库进行比对搜索, 筛选出候选的miRNA. 之后, 设置一系列严格的筛选标准, 分析候选miRNA序列特征, 包括碱基错配、二级结构、(A+U)含量、能量水平等. 最后, 从上述候选库中筛选出了22个miRNA. 进一步利用新鉴定的miRNA序列, 预测到43个靶基因. 分析结果表明, 上述大多数靶基因编码的产物为转录因子及重要代谢酶类, 它们调控着植物的生长发育, 信号转导及各种胁迫反应.     

ER~+和ER~-乳腺肿瘤细胞中mRNA和非编码RNA的表达模式

利用microarray分别获得MCF-7(雌激素受体阳性,ER?)和MDA-MB-231(雌激素受体阴性,ER?)两种乳腺肿瘤细胞的miRNA,lncRNA和mRNA表达谱.筛选差异表达的miRNA,预测其靶基因;对lncRNA和mRNA芯片数据进行生物信息学分析,对差异基因进行gene ontology(GO)和pathway(信号通路)分析.对差异表达的mRNA和miRNA的靶基因作交集,再与差异表达的lncRNA建立共表达关系,在mRNA-lncRNA共表达网络中导入miRNA-mRNA相互作用,借此获得关键miRNA-mRNA-lncRNA相互作用.结果发现雌激素受体表型不同的乳腺肿瘤细胞中mRNA和非编码RNA的表达有显著性差异.在差异表达的miRNA中,miR-19a-3p,miR-19b-3p等在MCF-7细胞中表达明显下调,miR-148b-3p等在MCF-7细胞中表达显著上调.差异表达miRNA的靶基因分析结果显示,miR-19a-3p和miR-19b-3p的靶基因为ESR1;在差异表达的lncRNA中,uc001vet.1(DLEU1,Fc=15.44),uc001ver.2(DLEU1,Fc=4.13)在MCF-7细胞中的表达明显增高.共表达分析表明,ESR1与uc001vet.1和uc001ver.2具有较高的共表达系数,而且miR-19a和miR-19b与DLEU1均在13号染色体上.推断miR-19a和miR-19b可能与DLEU1共同作用影响ESR1的表达.由此推断miRNA-mRNA-lncRNA相互作用影响不同雌激素表型乳腺癌肿瘤细胞的发生发展,雌激素受体可能受miRNA和lncRNA的共同调控作用.     

植物小RNA的巨大作用

microRNA(或mi RNA)是一种长度介于20～24个核苷酸的单链RNA,由III型RNaseDicer从含有茎环结构的内源转录本中切割产生.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.从1993年首个miRNA在线虫中的发现开始,到2002年第一个植物miRNA的发现,miRNA引发了世界各国科学家的极大兴趣与高度重视,其普遍性和重要性才逐渐被人们所认识.miRNA于2002年成为当年十大科技榜首之位.     

调控基因表达的miRNA

近年来, 在小分子RNA中发现了一类与调节基因表达密切相关的分子micro RNA (miRNA). miRNA由内源性基因编码, 可通过诱导mRNA的切割降解, 翻译抑制或者其他形式的调节机制抑制靶基因的表达. 寻找这类调节分子及其靶基因已成为研究的热点. 我们试图回顾miRNA的研究历史, 简介miRNA 分子的检测方法, 介绍 miRNA 在基因组中的位置、miRNA靶基因的搜寻、miRNA生物功能的鉴定, 并探讨miRNA的作用机制, 最后展望 miRNA 在调控生命体的发生、生长、发育和分化等方面的重要作用. 可以预测, 全部miRNA基因功能的鉴定必将给人们对生命体的研究带来新的理念、方法和思路.     

拟南芥代谢通路下基因调控网络的构建

基因调控网络在研究基因之间的调控关系及揭示复杂的生命现象方面有着重要的意义. 拟南芥整个生长过程是由基因网络所调控. 本文利用拟南芥代谢通路下基因共表达这一属性, 结合启动子序列分析的生物信息学方法来预测拟南芥代谢通路下基因的调控关系. 基于这种方法, 一共预测到2268对具有调控关系的基因对, 其中91对为高可信度的调控关系. 在我们预测到的调控关系中, 有4对调控关系已被实验验证, 实验表明本文预测的结果有一定的可靠性. 我们预测的拟南芥代谢通路下基因的调控网络, 为深入研究代谢通路在植物生长过程中所起的作用提供了方便, 有助于进一步研究拟南芥未知基因的功能.     

microRNA在肿瘤中的作用

miRNA(microRNAs)是一类由内源基因编码的长度为18～23个碱基的非编码单链RNA分子,它们在转录后水平调节基因的表达。据报道,在多种癌症中发现了miRNA表达量改变,提示其可能与癌症的发病机理、肿瘤生长和转移等相关,起到癌基因或抑癌基因的作用。大量证据表明,miRNA的异常表达会促进肿瘤的发生和发展,因此在包括非小细胞肺癌、乳腺癌和前列腺癌等多种癌症中具有临床价值。笔者主要阐述miRNA的生成过程,以及目前已知的相关miRNA在肺癌、乳腺癌、前列腺癌的预测、诊断、治疗和预后中的临床应用及相关分子机制。     

HSV-1的microRNA-LAT基因修饰人骨髓间充质干细胞的体外研究

人骨髓间充质干细胞(HMSCs)具有强大的多向分化潜能, 能为组织移植和体外基因传递载体. 单纯疱疹病毒1型(HSV-1)不仅具有嗜神经元性, 而且对HMSCs也具有很强亲嗜性, 可作为HMSCs的基因修饰载体, 主要通过其自身携带的microRNA-LAT发挥抑制凋亡作用. 本研究构建针对microRNA-LAT的特异性茎环结构的逆转录引物, 并用特殊探针的real-time RT-PCR方法检测HMSCs细胞质中成熟microRNA-LAT的相对定量水平. 采用顺铂诱导对照法观察HSV-1对HMSCs的作用. 通过观察HMSCs细胞形态和流式细胞仪检测细胞凋亡率, 评测HSV-1引起的HMSCs抗凋亡功能; 同时采用RNAi方法, 化学合成TGF-β信号传导通路中SMAD3及TGF-β1靶点的siRNA和microRNA- LAT siRNA. 从基因mRNA, microRNA和蛋白质水平, 分别采用RT-PCR, real-time RT-PCR和Western blotting方法, 检测HMSCs中microRNA-LAT和SMAD3及TGF-β1表达水平及其相互关系. 结果表明, 与单纯顺铂诱导对照组相比, HSV-1组和microRNA- LAT组HMSCs凋亡细胞数减少, 细胞凋亡率降低(P < 0.05), 具有抗凋亡作用; 在TGF-β信号传导通路中, HSV-1组和microRNA-LAT组TGF-β1与 SMAD3靶点基因在mRNA水平及蛋白水平的表达量均观察到一定程度降低, 且降低水平与采用RNAi法的SMAD3组和TGF-β1组相类似. Real-time RT-PCR结果显示, 与空白对照组相比, 顺铂组HMSCs细胞质中成熟microRNA-LAT mRNA水平有所降低(P < 0.05). 据此, HSV-1 及其microRNA-LAT可敲除SMAD3和TGF-β1基因, 下调TGF-β信号传导通路表达而对顺铂诱导的HMSCs凋亡有拮抗作用. 本研究结果证明, HSV-1自身携带的microRNA-LAT对HMSCs细胞TGF-β信号传导通路中的SMAD3和TGF-β1具有精细调节和基因修饰作用, 使HMSCs具有抗凋亡功能, 并且HSV-1可作为针对HMSCs的特殊基因修饰候选载体.     

microRNA与靶基因相互调控机制的研究进展

microRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约22个核苷酸的单链非编码RNA分子,其通过剪切信使RNA或非编码RNA、沉默或激活转录、primary mi RNA(pri-miRNA)加工及mRNA翻译,调控几乎所有细胞增殖分化、个体生长发育及内环境稳态.大量研究已对miRNA的生物发生和调控机制进行了清晰阐述.然而,关于miRNA的转换机制,尤其是miRNA在特定条件下的快速变化,仍尚未解决.近年来研究发现,靶基因能以序列依赖性方式调控miRNA的生成和降解,表明miRNA和靶基因之间的调控不是单向的,而是相互调控.本文详细概述靶基因调控miRNA的最新进展,归纳二者相互作用的条件和机制,提出miRNA转换的研究方向,以期为深入研究机体内miRNA与靶基因的相互作用及开发miRNA靶向治疗药物提供理论基础.     

表皮葡萄球菌双组分调控系统的生物信息学分析

应用序列同源性比较及功能域分析等生物信息学手段, 从表皮葡萄球菌全基因组序列中发现16对双组分调控系统以及2个相对保守的功能域(HATPase_c和REC). 通过与金黄色葡萄球菌和枯草杆菌中的双组分调控系统基因比较, 预测表皮葡萄球菌中同源双组分调控系统基因可能具有参与调控细菌生长、生物膜形成、毒力因子表达等重要生物学功能. 对16对双组分调控系统基因的2个保守性功能域进行空间结构模建, 获得4个相似的组氨酸蛋白激酶HATPase_c功能域模拟结构以及13个相似的反应调节蛋白REC功能域模拟结构, 其中HATPase_c结构在AMP-PNP的结合部位形成袋状结构, 而REC结构中均包含3个天冬氨酸活性位点. 初步实验结果表明表皮葡萄球菌双组分调控系统保守性功能域的生物信息学分析可以为进一步开发相关治疗药物提供潜在的靶标.     

生物信息方法预测高粱miRNA及其靶基因

miRNAs是新发现的一类长约21个碱基对的非编码RNAs. 它们在转录后基因调控中起着重要作用. 它们的靶目标涉及许多生物进程, 如发育、新陈代谢、胁迫应答等. 尽管已经有大量物种的miRNAs报道, 然而关于高粱miRNAs的相关报道却十分有限. 本研究通过基于基因组勘测序列(GSS)的同源序列搜索和miRNAs的二级结构分析, 总共发现17条新的miRNAs. 它们不均等的分布于11个miRNAs家族中. 一些miRNAs的基因存在多位点并且不仅仅存在于单一基因位点上. 大多数miRNAs存在同一生物界的保守性, 但是我们发现, 高粱sbi-miR127和sbi-miR466分别表现出与人类(H. sapiens)和家鼠(M. musculus)具有高度序列相似性. 通过靶基因预测软件MiRU对miRNAs的分析表明, 它们可能调节64种靶基因, 其中多数涉及RNA加工、新陈代谢、细胞周期、蛋白质降解、胁迫应答及转录. 在11个miRNAs家族中至少有7个miRNAs的靶目标是NADPH-细胞色素p450还原酶、核苷二磷酸激酶、超氧化物歧化酶等一些在新陈代谢和胁迫应答中必要的蛋白, 说明miRNAs在这些过程中起着十分重要的作用.     

酵母双杂交系统鉴定hTCF4 相互作用

利用酵母双杂交试验技术,鉴定了Ｗｎｔ／Ｆｒｉｚｚｌｅｄ信号通路中的关键信号分子ＴＣＦ４自央的相互作用。通过ＴＣＦ４突变体的同源相互作用的双杂交反应,确定了转录因子ＴＣＦ４在发挥作用过程中形双聚体,推测以ＨＬＨ或ＬＺ的结构花式调控下游基因的表达。     

基于DAP-Seq方法鉴定玉米胚乳特异表达转录因子O2在全基因组水平上的结合位点

Opaque2(O2)是一个调控玉米胚乳发育的重要转录因子.为了揭示O2的转录调控网络,利用DAP-Seq技术挖掘其在全基因组范围上结合位点共检测到11385个位点.通过结合已报道RNA-Seq数据,本研究DAP-Seq共检测到317个O2直接结合并调控的靶基因,其中包括97个已报道ChIP-Seq检测靶基因以及220个DAP-Seq特异检测的靶基因.而基序(motif)富集分析显示, DAP-Seq检测O2结合317靶标基因与220个特异结合靶标基因所富集的基序均与已报道O2结合motif相同.另外, GO富集分析显示,与ChIP-Seq一致的O2靶基因主要参与zein蛋白合成及氨基酸代谢途径,而特异检测的O2靶标基因,除参与上述途径外,还主要参与糖代谢途径以及多个胁迫响应相关途径.本研究利用DAP-Seq技术进一步揭示了O2在胚乳发育过程发挥调控作用,该结果是对前人研究结果的验证和补充.     

JWA参与维甲酸、佛波酯和三氧化二砷诱导急性早幼

JWA基因是受维甲酸(RA)、 13顺-维甲酸(13-cRA)和佛波酯(TPA)等调控的细胞骨架相关基因. 以前的研究发现, JWA基因与细胞分化和凋亡有关. 为了探讨JWA基因在急性早幼粒细胞性白血病(APL)细胞分化和凋亡过程中的作用及机制, 分别用ATRA, 4HPR, TPA和As2O3处理NB4细胞, Western blot和RT-RCR检测JWA基因在蛋白和mRNA水平的表达, 同时检测细胞周期和CD11b, CD33细胞表面抗原, 分析细胞分化和凋亡. 结果表明ATRA和 As2O3分别诱导细胞分化和凋亡, 而4HPR和TPA对NB4细胞分化和凋亡有双重诱导作用. 在诱导细胞分化和凋亡过程中, JWA基因的表达水平均上调, 但PML / RARα 融合基因变化不明显; 用JWA反义核酸处理NB4细胞后, TPA诱导其分化和调亡的作用受到明显抑制. TPA对NB4的作用可能是通过由JWA参与的直接和间接两种途径实现的. 在对APL(M3)原代细胞的研究中除观察到与NB4细胞相似的JWA的变化外, 还发现一特异的与APL细胞分化和凋亡有关的异常分子量的JWA蛋白; 异常分子量的JWA蛋白是否是APL(M3)区别于NB4细胞的一种分子标志物以及JWA是否通过caspases信号调节通路参与NB4细胞分化和凋亡等均有待进一步研究证实.     

脂肪细胞分化: 一个故事、两个章节

细胞分化是多细胞个体发育和干细胞实现功能活动的基本过程. 作为诱导白色脂肪细胞分化的体外模型, 小鼠3T3-L1前脂肪细胞系的定向分化过程由依赖于细胞周期特定时相(接触抑制期)的许可阶段和独立于细胞周期的执行阶段所组成. 在接触抑制期, 通过细胞代谢方式、细胞周期调控因子和细胞信号转导通路之间的相互作用, 决定了各种染色质表观遗传修饰因子的活动, 从而导致具备脂肪细胞分化潜能的染色质表观遗传修饰模式的形成. 在随后的执行阶段, 这种分化潜能被激素诱发, 通过复杂的基因调控网络的动态活动, 使各种控制脂肪细胞分化基因表达的转录因子按既定的分化时间表打开或者关闭, 并决定相关的靶基因的表达, 最终导致了脂肪细胞的形成.     

颗粒细胞的增殖分化及其在卵泡发育中的作用

颗粒细胞(GC)是卵巢中十分重要的细胞. 从原始卵泡生长启动、增殖、分化、闭锁/排卵到黄体形成, GC在形态、功能等方面都发生各种变化. 卵母细胞(OC)指导了GC的增殖、分化; 同时GC也影响OC的成熟. 有众多因子参与这个调节过程, 牵涉到复杂的分子作用机制和信号转导通路, 如p38 MAPK通路可选择性调控FSH对GC的甾体生成; 而转录因子LRH-1和DAX-1在该过程中可能发挥重要作用; FSH通过促进PCNA和StAR表达及甾体生成, 诱导GC的增殖和分化; 而ERK1/2通路的激活也可能参与FSH对GC增殖分化的诱导作用. 因此, GC是一个用以研究细胞增殖、分化和细胞相互作用及其信号转导通路和分子机制的十分理想的细胞模型. 本文评述了近几年国内外研究的最新进展.     

miRNA基因和编码基因启动子区核小体定位分析

研究了把基因启动子区的核小体定位对于分析基因的转录调控具有重要意义.利用核小体定位的预测技术——弯曲度谱,分析了编码基因和miRNA基因启动子周围核小体定位的特征.基因的转录起始位点处,有一个核小体缺失区域,且在下游约200bp处,有较强的核小体定位信号.独立转录的内含子miRNA基因与基因间区miRNA基因,在启动子区具有相似的核小体定位特征,在上游0～-400bp间,有一个较宽的核小体缺失区域,在该区域分布有较多的转录因子结合位点;而依赖编码基因转录的内含子miRNA基因,其启动子与蛋白编码基因启动子具有相似的核小体定位特征,在转录起始位点上游-200～-400bp和-400～-600bp处,各有一个较强的核小体定位.这些结果表明,独立转录的miRNA基因(包括基因间区miRNA和独立转录内含子miRNA)和蛋白编码基因,在启动子区可能具有不同的核小体定位特征.核小体定位不仅参与编码基因的转录调节,也影响miRNA基因的转录.     

玉米oxylipins信号途径关键基因的克隆及其在虫害诱导防御中的作用

采用RT-PCR的方法, 从茉莉酸处理的玉米叶片中克隆了oxylipins信号途径的3个关键调控基因(ZmAOS, ZmAOC和ZmHPL) cDNA片段, 并根据同源性比较, 获得了全长cDNA. 基因表达分析表明, 甜菜夜蛾危害可以诱导oxylipins信号途径关键基因的表达, 且与外源茉莉酸甲酯的诱导作用相似; 虫害对玉米未受损伤叶片防御相关基因(主要是一些调节植物防御物质合成的基因)有明显诱导作用, 且与外源茉莉酸处理叶片的表达特性极为相似; 先用茉莉酸信号途径的抑制剂SHAM处理玉米后, 虫害不能诱导玉米防御基因的表达; 外源绿叶性气味物质(GLVs)及β-罗勒烯处理对玉米防御相关基因的表达有明显诱导作用, 同时外源GLVs及β-罗勒烯处理可以诱导茉莉酸信号途径关键调控基因的表达, 但不能诱导ZmHPL基因的表达; 用茉莉酸信号途径的抑制剂处理玉米后, GLVs处理对玉米防御基因表达的诱导作用明显降低, 说明 oxylipins信号途径在虫害诱导玉米产生化学防御的过程中起着关键作用, 茉莉酸是其中重要的内源信号物质, 而另一类oxylipins(GLVs)则作为外部的信号物质在虫害诱导植物产生系统性防御过程中起信息传递作用, 且这种外部的信号物质部分是通过茉莉酸信号途径起作用.     

视黄酸通过促进磷酸化的Smad1 降解抑制骨形态发生信号的持续

骨形态发生蛋白(BMP)信号通路在胚胎发育和器官形成中发挥正常功能需要其与其他信号通路的交互作用.不同于FGF/MAPK 和Wnt/GSK3 信号通路对BMP 信号通路的调节已经得到阐释, BMP/Smad 和视黄酸受体(RAR)间的交互作用还没有被很好地理解. 中国科学院上海生命科学研究院生物化学与分子生物学研究所景乃禾研究小组研究发现, 视黄酸可通过降低磷酸化的Smad1(pSmad1)的表达水平抑制BMP 信号持续. 视黄酸通过其核受体介导的转录作用, 可强化pSmad1 与其泛素E3 连接酶的相互作用, 促使pSmad1 泛素化和蛋白酶体降解. 该调节过程依赖于视黄酸导致的Gadd45 表达增加和MAPK 活性增强.在鸡胚胎神经发育期间, 视黄酸/视黄酸受体通路也可抑制BMP 信号以拮抗BMP 介导的神经前体细胞的增殖和分化. 而且, 视黄酸和BMP 信号间的交互作用参与了鸡胚背部神经管的正常发育. 上述研究结果揭示了视黄酸通过调节pSmad1 稳定性进而抑制BMP 信号的分子机制. 相关研究论文发表在2010 年11 月2 日Proc Natl Acad Sci USA, 107(44): 18886—18891 上.     

JWA参与维甲酸、佛波酯和三氧化二砷诱导急性早幼粒细胞性白血病细胞分化和凋亡的可能机制

JWA基因是受维甲酸（RA）、13顺－维甲酸（13－cRA）和佛波酯（TPA）等调控的细胞骨架相关基因,以前的研究发现,JWA基因与细胞分化和凋亡有关,为了探讨JWA基因在急性早幼粒细胞性白血病（APL0细胞分化和凋亡过程中的作用及机制,分别用ATRA,4HPR,TPA和As2O3处理NB4细胞,Westernblot和RT0RCR检测JWA基因在蛋白和mRAN水平的表达,同时检测细胞周期和CD11b,CD33细胞表面抗原,分析细胞分化和凋亡,结果ATRA和As2O3分别诱导细胞分化和凋亡,而4HPR和TPA对NB4细胞分化和凋亡有双重诱导作用,在诱导细胞分化和凋亡过程中,JWA基因的表达水平均上调,但PML／RARα融合基因变化不明显,用JWA反应核酸处理NB4细胞后,TPA诱导其分化和凋亡的作用受到明显抑制,TPA对NB4的作用可能是通过由JWA参与的直接和间接两种途径实现的,在对APL（M3）原代细胞的研究中除观察到NB4细胞相似的JWA的变化外,还发现一特异的与APL细胞分化和凋亡有关的异常分子量的JWA蛋白;异常分子量的JWA蛋白是否是APL（M3）区别于NB4细胞的一种分子植物志以及JWA是否通过caspases信号调节通路参与NB4细胞分化和凋亡等均有待进一步研究证实。