转移核糖核酸(tRNA)与癌症

转移核糖核酸(transfer RNA, tRNA)在蛋白质生物合成过程中起关键作用,是将遗传信息翻译成蛋白质一级结构的接头分子。tRNA长久以来一直被认为是基因表达调控过程中的执行者而不具备调控功能,更不曾与癌症的发生联系起来。最新研究表明,某些tRNA在癌细胞中异常表达,与癌症的发生和发展有密切联系。tRNA来源的小分子非编码RNA (tRFs和tiRNAs)是一类新的基因表达调控分子,tRFs可以调控癌基因的表达或者与RNA结合蛋白相互作用来调控癌细胞增殖和细胞周期进程。tRNA的转录后修饰能够调控mRNA翻译过程,进而影响癌细胞的生长。随着测序技术的发展,tRNA在癌症发生和发展中的调控作用成为近年来的研究热点,现将从"tRNA分子调控癌症的发生和发展"、"tRNA来源的小分子非编码RNA与癌症"以及"tRNA修饰与癌症"三个方面综述tRNA分子在癌症发生和发展中的调控功能。     

十字花科黑腐病菌中存在tRNA衍生片段(tRF)的证据

tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRF)是一种由内切核糖核酸酶将初级tRNA(primary tRNA)或成熟tRNA分子剪切后形成的长度为14～30 nt(核苷酸)的稳定的RNA片段.研究表明,tRF广泛存在于各种真核生物中,它们既可以作为信号分子,又可以作为基因表达的调控因子,在细胞的各种生理过程中发挥重要的调控作用.但至今除了在大肠杆菌(Escherichia coli)和沃氏富盐菌(Haloferax volcanii)中发现了 tRF外,在其他原核生物中未见有关tRF的报道.本研究采用高灵敏度的Northern杂交技术对十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)的苏氨酸-tRNA(threonine-tRNA,tRNAThr)和甲硫氨-tRNA(me-thionine-tRNA,tRNAMet)进行了检测.结果显示,除了检测到全长的成熟tRNAThr 和tRNAMet外,还检测到多个丰度各异的稳定的tRF,而且一些tRF的产生受营养胁迫的诱导.此外,我们还发现,编码tRNAMet的基因XC4381已经退化为非编码RNA基因.本研究证明了 tRF在Xcc中的存在,为深入研究tRF的功能,特别是在Xcc致病中的作用奠定了基础.     

来源于tRNA的小分子RNA——降解碎片还是新的调控分子

具有经典三叶草结构的tRNA作为细胞蛋白质合成机器的重要元件,已经拥有几十年深入细致的研究历史.但是,对于其功能的认识远没有止境,尤其在其作为潜在的基因表达调控分子前体的功能目前正逐渐被人们认识.最新的多项研究结果表明,在多种细胞系中通过高通量测序发现某种来源于tRNA的小片段RNA,这些剪切产物被认为与多种microRNA加工体系关键分子(如Dicer、Ago家族中的蛋白质)具有相互作用的能力.同时,报告基因检测系统的研究结果也暗示,这些小片段RNA具有类似microRNA的潜在调控功能,可能在细胞应对外界环境刺激时发挥重要的调节作用.如其具体的作用机制能够被更多的实验结果阐明,将极大地扩展我们对于非编码RNA调控功能的认识.     

tRNA在基因表达中的调控作用

转移核糖核酸（transfer RNA,tRNA）是遗传信息传递过程中的“适配器”分子,它们能够把mRNA所携带的遗传信息准确地翻译成蛋白质的氨基酸序列.然而,近年来的研究表明,tRNA在基因表达过程中还具有重要的调控作用.当生物面临外界某些营养压力胁迫时,空载tRNA可作为效应分子影响细胞整体基因表达水平,从而使机体应对不利的环境.在酵母和某些哺乳动物细胞中,tRNA可以从细胞质逆行回细胞核.这种逆行一方面可以使细胞核的监控系统连续地监控tRNA的完整性,另一方面,在营养缺乏时,逆行回细胞核的tRNA可以有效地降低蛋白质的合成水平.最新研究表明,tRNA并不是绝对稳定的RNA分子.在某些生理或逆境胁迫下,tRNA在其反密码环或反密码环左臂处被内切酶特异性切割成不同长度的片段.这些切割并不是无意义的随机降解现象,而有可能产生一类新的信号分子,如tRNA半分子或sitRNA,它们与生物应激反应中细胞整体代谢的基因表达调控有着密切的关系.关于tRNA调控功能的研究是一个新的前沿领域,它将揭示tRNA结构与功能的多样性及其在遗传信息表达过程中的重要作用.     

水稻雄配子体发育过程中tRNA片段的生物信息学分析

tRNA片段(tRF)是tRNA通过非随机剪切产生的RNA片段, 其产生和功能机制尚不明确; 而在水稻(Oryza sativa)雄配子体发育过程中, 人们对tRNA更是知之甚少。通过高通量测序, 在水稻雄配子体发育过程中发现了长度范围较大的tRFs; 进一步采用logo对tRFs两端的序列进行分析, 发现了4个有序列特征(其中3个未见报道)和1个无序列特征的酶切位点; 通过NCBI Blast预测了tRF靶基因, 发现其大多靶向转座因子。研究结果对揭示tRF产生机制以及水稻雄配子体发育研究有一定的参考价值。     

tRNA衍生片段和tRNA半分子的生物学功能及其在疾病发生中的作用

tRNA衍生片段(tRNA-derived RNA fragment,t RF)和tRNA半分子(tRNA halves,ti RNA)由成熟tRNA或其前体tRNA在不同位点特异性剪切产生,它们是一类广泛存在于原核生物和真核生物转录组中的非编码小RNA分子.t RF主要有tRF-5、tRF-3和tRF-1等3亚类,分别来自成熟tRNA的D环至反密码环茎区间切割至5′端、T环开始至3′端和前体tRNA的3′端尾部,其长度为14~30个核苷酸(nucleotide,nt).ti RNA主要有5′ti RNA和3′ti RNA等2亚类,是在成熟tRNA反密码子环处切割分别产生,其长度为29~50 nt.t RF和ti RNA具有多种生物学功能,既可以在应激反应中作为信号分子,又可以作为基因表达的调节者.它们与人类多种疾病(如肿瘤、神经退行性疾病、代谢性疾病和传染病等)的发生密切相关,有希望成为疾病诊断的新型标志物.本文就t RF和ti RNA的分类、生物学功能以及与人类疾病的关系作一综述.     

tRNA衍生片段的鉴定及对靶分子的调节机制

随着测序技术的发展和对tRNA衍生小分子(tRNA-derived small RNA,tsRNAs)的深入研究,越来越多的tsRNAs及其功能在各物种中被鉴定。tsRNAs根据切割位点的不同可分为tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRF)和tRNA应激诱导RNA(tRNA-derived stress-induced RNA,tiRNA),其中tRF是一类具有调节功能的非编码RNA。为了加深对tRF的研究,近年来一些基于测序数据的tRF鉴定方法和相关数据库不断涌现,前者主要包括Telonis等人的算法和tDRmapper方法,后者主要有tRFdb、tRF2Cancer和MINTbase等。同时这两者为tRF的深入研究提供了更有效的工具。大量的研究表明,tRF主要以类似miRNA的方式对RNA、DNA及蛋白质进行调节,但也存在特异的作用方式。随着对这三者的深入研究,研究人员发现tRF在人类疾病的各种生物过程中也扮演着重要的角色,例如可以作为生物标志物。因此本文主要对tRF的鉴定方法、数据库、对靶分子的调节机制及其与人类疾病的关系作一综述。     

SnRNA对基因表达的调控

基因表达的调控机制研究是生物学中十分活跃的领域,基因重组技术对基因的分离和结构分析的报道不胜枚举,其目的在于阐明基因表达的调控机理;在原核生物中,已发现蛋白质作为基因表达调节因子,因此,大部分研究者注重于蛋白质分子在基因表达中的调控作用,对于DNA分子不重视,只是把它看作是基因表达过程中的过渡阶段如mRNA、tRNA、rRNA。近年来发现RNA具有酶功能、参予mRNA成熟过程中的拼接、DNA复制、染色质结构及基因表达的调控,种类繁多,已引起了生物学者的关注。     

单分子荧光共振能量转移技术在核糖体移位研究中的进展

核糖体是蛋白质的"合成工厂",也是临床上多种抗菌药物的作用靶点,因此,深入理解细菌核糖体的蛋白质翻译机制意义重大.蛋白质翻译是通过多步骤相互协调、多组分精细配合来实现高保真和精确调控.核糖体在mRNA上的移位作为翻译过程中最重要的事件之一,需要核糖体大规模的构象重排以及tRNA2-mRNA沿着核糖体的精确移动.在细菌中,移位是由延伸因子EF-G催化GTP水解来驱动的.近年来,单分子荧光共振能量技术(smFRET)的发展使得人们可以探究单个tRNA分子移位的动力学过程并实时观测核糖体的构象变化.本文首先介绍了smFRET技术的原理及特点,对其在核糖体结构动态及tRNA移位研究中的应用进行了较为系统的总结,并对其应用前景进行了展望.     

蛋白质翻译中的反转运

在蛋白质的翻译过程中,氨酰-tRNA进入核糖体,解密mRNA上的一个密码子,并带着mRNA向其5'的方向运动,直到空载的tRNA离开核糖体,整个过程tRNA在核糖体内始终沿着一个方向运动.但随着LepA(EF4)蛋白的发现和其功能的明确,tRNA在核糖体内的新运动形式--"反转运"被揭示,即tRNA带着mRNA倒退一步,向其3'的方向运动.通过对tRNA反向运动生理意义的研究,引发了对蛋白质翻译调控的深入思考.     

长链非编码RNA的免疫调节机制研究进展

真核生物的基因表达受多个层面调控,包括染色体水平、DNA水平、转录水平和转录后水平的调控等.长链非编码RNA(lnc RNA)是一类转录本超过200 nt的非编码RNA,其对基因表达的调控涉及上述各个层面,如组蛋白修饰、DNA甲基化的调控、转录的促进和抑制、m RNA的剪辑及对转录因子的调控等.其作用方式复杂多样,可与DNA、mRNA和蛋白质等相互作用而发挥调节作用.LncRNA保守性较差,但其表达却有较高的细胞、组织和分化阶段特异性.免疫系统的发育和分化受到精密的调控,且具有较高的阶段性和特异性.因此研究lnc RNA的功能及作用机制,免疫系统是较好的选择,这能促进我们对免疫调控的理解,为免疫性疾病的治疗提供新的思路和方法.本文主要介绍lnc RNA的分类和lnc RNA作用的一般分子机制,及其对T细胞、B细胞、固有免疫细胞和炎症因子的分子调控机制及其进展.     

血管生成素与tRNA片段化

tRNA主要功能是转运氨基酸参与蛋白质合成,在蛋白质生物合成过程中起着关键性的作用．近年来发现,tRNA是细胞内小RNA分子的重要来源,具有其它重要的生物学功能．来源于成熟tRNA分子的tRNA片段根据切割位置及生成机制的不同,主要分为两类：一类是tRNA半分子（tRNA halves）;另一类是较小的tRNA片段,称为tRFs( tRNA fragments)．在哺乳动物细胞中,tRNA半分子由血管生成素在tRNA分子反密码环处切割生成．本文主要针对tRNA半分子的加工机制、功能及在临床上的潜在应用进行综述．     

氨酰tRNA合成酶的分子网络和功能

氨酰tRNA合成酶是生命进化过程中最早出现的一类蛋白质,氨酰tRNA合成酶帮助氨基酸转移到相应的tRNA上,进而参与蛋白质的合成保证了生命体的严谨性和多样性.随着后基因组时代的到来,氨酰tRNA合成酶的结构和功能成为新的研究热点.结构生物学和生物信息学的研究结果表明,氨酰tRNA合成酶在真核生物体内以多聚复合物的形式行使功能,形成复杂的分子网络体系.最新的实验证据显示,氨酰tRNA合成酶不但是蛋白质合成过程中一类最重要的酶,而且参与了转录、翻译水平的调控、RNA剪接、信号传导和免疫应答等众多生命活动.     

拟南芥EBP1蛋白与RNA相互作用的初步研究

基因表达调控是现代分子生物学研究的热点话题,随着研究手段的不断成熟,其RNA转录后调控已成为备受关注的领域。RNA结合蛋白(RBPs)是转录后调控的关键因子,参与RNA可变剪切、RNA稳定、翻译等多个过程的调控。ErbB3绑定蛋白(EBP1)是结构功能高度保守的RNA结合蛋白,可与rRNA、tRNA、mRNA等多种RNA结合,参与调控核糖体生物生成、蛋白质翻译多个过程,但目前已报道的靶RNA甚少,对靶RNA的作用机制目前仍不清楚。通过生物信息学分析发现拟南芥EBP1结合RNA的保守结构域,并在体外可直接结合"GUCUCUCACUGCGACGGCUU"序列;通过RNA免疫共沉淀实验找到了3个靶mRNA(AT1G24792、AT3G25211、AT3G24320);结合核糖体提取及虫草素处理实验发现EBP1可显著调控特定靶mRNA的稳定性及其翻译速率。研究结果不仅证实拟南芥EBP1具有结合RNA的功能,还显示其参与调控靶RNA的转录后事件,为进一步研究EBP1在转录后调控的生物学机制奠定基础。     

植物microRNAs研究进展

植物microRNAs(miRNAs)是一类与RNA诱导沉默复合体相关的约由22个核苷酸组成的单链小RNA分子, 其主要功能是, 通过特异性剪切靶mRNA或阻遏靶mRNA的正常翻译在转录后水平调控基因的负表达。植物miRNAs的靶标主要是参与调控植物生长发育和防御应答的转录因子家族。文章主要综述miRNAs在植物体内的生物发生、作用机制及其调控作用研究新进展。     

法国发现miRNA前体新功能

<正>法国图卢兹第三大学研究发现,植物中miRNA的初级转录本primiRNA能够编码一类具有调节功能的多肽,促进miRNA积累,调节基因表达。这一研究发现了pri-miRNA的新功能,为基因调控研究开辟了新的领域。成果在《自然》杂志在线发表。MicroRNA(miRNA)是一类具有调节作用的小RNA分子,能够通过结合和切割mRNA,抑制蛋白质翻译过程,从而特异性抑制靶向基因表达。细胞在形成成熟miRNA之前,会先转录出     

MiRNA在TLR信号通路中的负性调控作用

TLR信号是生物体重要的病原体模式识别信号,在免疫识别和炎症反应中具有重要作用,其信号异常会导致许多免疫和炎症相关疾病的发生,因此探讨和明确TLR信号通路的调控机制具有非常重要的意义。近年来研究发现,作为重要的基因表达调控的小分子RNA,微RNA(microRNA,miRNA)能与TLR信号通路中众多靶基因mRNA的3’UTR区结合,从而抑制翻译过程或降解mRNA来发挥负性调控作用。本文就miRNA对TLR信号通路中的一些受体、信号分子、调节因子和细胞因子的负性调控作用方面进行阐述。     

基于翻译调控的细菌耐药研究进展

由于抗生素的大量使用,细菌耐药问题凸显,直接威胁人类生命健康和世界经济发展。过去对于细菌耐药的遗传和分子机制研究较为透彻,而对应的调控机制研究相对较少。翻译调控作为生命体最重要的调控方式之一,在细菌耐药研究领域的重要性尚未被学术界充分重视。本文介绍了影响翻译过程的抗生素的主要作用机制,重点从核糖体的修饰和突变、tRNA总量的动态调控、tRNA氨酰化、tRNA甲基化、核糖体保护蛋白和翻译因子这几个方面概述了基于翻译调控的细菌耐药研究进展,为研究者们提供了一个基于翻译调控角度研究细菌耐药的新视角,同时也为开发靶向细菌翻译调控的新型抗生素提供一些新思路。     

细菌中黄素单核苷酸核糖开关研究进展

核糖开关(Riboswitch)具有RNA结构,是位于mRNA 5′非编码区的RNA传感器。在无任何蛋白质因子参与下,可特异性地直接结合代谢产物,使自身构象发生相应变化,启动或阻断mRNA的转录、翻译、拼接等过程来调控基因的表达。某些Riboswitch可应用于抗菌药物研发。本文综述了Flavin mononucleotide riboswitch(FMN riboswitch)三维结构、基因表达调控的机制及热力学、动力学的研究进展,为基于FMN riboswitch的合理药物设计奠定了基础,并对开发新一代抗菌药物进行了展望。     

RNA研究的一些新进展——RNA生物功能的多样性

近几年发现某些RNA具有酶(Ribozyme)的催化功能。这不仅改变了酶都是蛋白质的传统观念,而且认为在远古时期RNA可能就具有自我复制的活力,因而RNA是先于DNA和蛋白质的最早出现的生物大分子。真核细胞mRNA的剪接机制比较复杂,至今还远没有搞清楚。现在知道,必须通过一个由2′,5′磷酸二酯键形成的“套环”结构,另外还有一类核蛋白体(snRNP)参与反应。反义RNA通过其碱基序列与相关的mRNA形成互补碱基对的方式影响mRNA的翻译。tRNA是蛋白质生物合成中必不可少的一类RNA。此外,它还有其它重要的生物功能。