小RNA(MicroRNA)研究方法

小RNA (microRNA)是一类新发现的长度约为21～25个核苷酸的RNA,它在转录后水平调节靶基因表达.已有研究表明,小RNA在发育、细胞增殖、凋亡、脂类代谢、激素分泌及肿瘤发生等多种生理和病理过程中发挥重要作用.针对小RNA的研究方法主要包括两大类:一是以传统实验技术方法为基础建立起来的小RNA特有的技术方法,二是已成熟应用的生物信息学技术.前者侧重于小RNA表达的检测和功能机制的阐明,后者则包括新小RNA基因及小RNA靶基因的预测.两者相辅相成,互为补充,为深入地研究这类分子的功能和分子机制提供了大量功能线索,及确凿的实验证据.     

RNA干扰技术应用的研究进展

RNA干扰指双链RNA介导的、序列特异的转录后基因沉寂的过程。它作为一项最新的分子生物学研究技术,自1998年发现以来已有了重大进展。RNA干扰技术在哺乳动物中的应用研究自2001年取得突破以后又获得了重大进展,在构建稳定表达小干扰RNA的载体和有效筛选小干扰RNA靶序列技术方面取得突破,并在胞内抗病毒免疫、基因功能应用研究、机体水平应用研究等方面也取得了重大进步。     

RNA干扰技术及其应用

RNA干扰（RNAi)是利用具有同源性的双链RNA诱发序列特异的转录后基因沉默的现象。它可以通过抑制蛋白表达模拟基因敲除技术,从利用体外合成双链RNA到通过质粒稳定表达小型干扰RNA诱发RNA干扰现象,这项技术被不断完善,并被广泛的应用,尽管RNAi的作用机制仍不清楚,但实验证实在RNA干扰过程中,外源的双链RNA在体内会被切割成小片段,新的双链RNA被合成,从而RNAi的作用机制假说正被逐步修正,由于RNAi技术的高效性和特异性,它已经成为基因功能研究的一种新方法。     

RNA调控与作物农艺性状改良

具有重要育种价值的基因资源挖掘与功能研究对于现代农业育种应用至关重要.已有大量研究显示,核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)在多种植物的生长发育和环境信号应答中发挥重要作用,是调控多种农作物与经济作物复杂农艺性状的重要基因资源.本文综述了小RNA和长链非编码RNA的生成代谢和功能机制,着重介绍了小RNA、长链非编码RNA及其RNA修饰在调控作物产量与品质、抗病与抗逆等方面的研究进展.同时介绍了利用RNA技术改良遗传性状的研究,并展望了RNA技术的开发与利用对于未来农业生物技术应用的重要意义.     

真核生物mRNA上的化学修饰和基因表达调控

从1951年首个RNA修饰被发现以来,细胞内天然RNA上已有超过160种化学修饰被鉴定.早期关于RNA修饰的研究大多集中于细胞内丰度较高的转运RNA(transfer RNA,tRNA)、核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)和核内小RNA(small nuclear RNA,snRNA).近年来,随着测...     

超分辨显微技术结合smFISH方法在E. coli sRNA SgrS定位中的应用

细菌调节小RNA通常与靶mRNA结合,影响翻译和mRNA降解过程.了解细菌小RNA的定量和定位信息,将有助于揭示细菌转录后水平的调控机制.小RNA SgrS通过抑制ptsG mRNA翻译起始,参与细菌磷酸葡萄糖代谢的应激过程.本研究应用单分子荧光原位杂交(smFISH)方法和超分辨显微技术可视化定位大肠杆菌细胞内小RNA SgrS,并初步验证伴侣分子Hfq蛋白和RNaseE降解酶对小RNA SgrS定位的影响.选取大肠杆菌模式菌MG1655 (野生株)、sgrS敲除株(△sgrS)和过表达株(△sgrS-pBAD-SgrS),使用RNA印迹和smFISH方法验证SgrS的过表达.应用smFISH方法分别在野生菌株、hfq敲除株(△hfq)和rne敲除株(△rne-710)中定位小RNA SgrS和ptsG mRNA,超分辨成像观察.与野生株相比,△hfq和△rne-710中SgrS主要定位于近膜区域,ptsG mRNA定位于细菌胞浆中,并且这两种RNA拷贝数均极显著增加.以上结果表明,分别敲除大肠杆菌hfq和rne-710基因导致SgrS和ptsG mRNA的表达量增加. smFISH方法和超分辨技术的结合应用为细菌RNA的直观定量和定位提供了高敏感性的检测方法,可用于基因调控的功能研究.     

细菌中非编码小RNA的筛选及鉴定

细菌非编码小RNA(small non-coding RNA,sRNA)是一类长度在50-200个核苷酸,不编码蛋白质的RNA.它们通过碱基配对识别靶标mRNA,在转录后水平调节基因的表达,是细菌代谢、毒力和适应环境压力的重要调节因子.近年来,随着生物信息学和RNA组学技术应用于细菌sRNA的筛选,sRNA已被证实存在于大肠埃希杆菌(Escherichia coli),铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、霍乱弧菌(Vibrio cholerae)等细菌中,是细菌基因调控中新的调节因子.本文对细菌中非编码小RNA的筛选和鉴定技术作一个简要论述.     

RNA干扰的抗病毒作用及其影响因素

自从在哺乳动物细胞中发现存在RNA干扰现象以来,RNA干扰技术也应用于抗病毒研究.通过多种形式诱发的RNA干扰对细胞中病毒的复制或病毒基因的表达都产生了有效的抑制,为病毒病的预防和治疗提供了新的途径.然而,一些因素制约着RNA干扰的潜在应用,如在RNA干扰压力下病毒逃逸株的出现,有的病毒可以编码RNA干扰抑制因子以及小干扰RNA的脱靶效应等.     

RNA研究相关技术及其应用

RNA技术可以分为RNA基础研究相关的技术、RNA应用相关的技术和RNA的生物信息学技术。RNA基础研究相关技术包括RNA分离纯化和鉴定技术、RNA与其他生物大分子相互作用技术、RNA高级结构的研究技术和其他相关RNA技术;RNA应用相关技术则包括用于生产其他产品的RNA技术和直接用于药物开发的RNA技术;RNA的生物信息学技术则有各种数据库、非编码RNA的预测、RNA二级结构预测和各种设计软件。本文简略介绍了上述各类RNA技术的原理及其国内外研究进展,从而有助于对RNA领域有关技术方面有一较全面的了解。     

RNA适体研究及其在医药上的应用

核酸适体（nucleic acid aptamer）是从人工合成的随机单链核酸库中筛选出的特异性与靶物质高度亲和的核酸分子,包括DNA适体和RNA适体. 体外获得核酸适体的方法称为指数富集配体系统进化技术,即SELEX（systematic evolution of ligands by exponential enrichment）. 在SELEX技术获得的核酸适体中,RNA适体因其结构的多样性而具有靶分子广、亲和力高、特异性强等特点. 同时,相比传统抗体,RNA适体分子量小、易改造修饰、制备方便且无免疫原性. 因此,RNA适体在基础研究、临床诊断、药物研制等方面展现了广阔的应用前景. 本文综述了RNA适体的产生、特点、作用方式、优势与局限性,并详细介绍了其在医药研究领域的应用.     

RNA聚合酶Ⅱ启动子调控RNA 干扰在肿瘤治疗中的应用前景

RNA干扰是双链RNA介导的特异性转录后基因表达沉默现象.由于双链小干扰RNA介导的RNA干扰技术设计简便、作用迅速、效果明显,目前已被广泛应用于基因功能和重大疾病治疗的研究,尤其为肿瘤治疗提供了一条新途径.利用RNA干扰技术通过调节肿瘤发生发展相关基因的表达可制定出一系列有效的抗癌策略.然而在现行大多数策略中往往采用不可调控的RNA聚合酶Ⅲ启动子(H1,U6)表达经典的发夹结构RNA,经由Dicer酶切割成功能性siRNA,因此缺乏组织细胞靶向性和抗癌效率.最新研究表明,采用RNA聚合酶Ⅱ启动子可弥补由RNA聚合酶Ⅲ启动子调控RNA干扰缺陷和不足.此外,运用病毒载体特别是具有靶向和溶瘤效应的肿瘤特异性复制腺病毒,介导RNA聚合酶Ⅱ启动子调控表达siRNA有望成为更有效的治疗手段.     

利用RNA干扰技术沉默基因表达在本科实验教学中的设计与实践

RNA干扰是由双链小RNA介导的基因沉默现象,已成为一个被广泛应用的反向遗传学研究技术。为了让学生更好地理解该技术,本实验教学让学生自己选择靶基因,设计小干扰RNA和引物,然后检测小干扰RNA介导的基因沉默效果。以2018年第五组为例,该组挑选了小鼠长链脂酰辅酶A合成酶1 (acyl-CoA synthetase long-chain family member 1, Acsl1)为靶基因,设计了两对特异性靶向Acsl1 mRNA的小干扰RNA,通过电穿孔的方式将其转染到3T3-L1中,然后提取细胞总RNA和合成cDNA,最后用相对定量PCR检测mRNA的表达量。结果显示两对小干扰RNA都有60%以上的沉默效果。近3年内,大约83%的学生都能独立完成所有实验并最终成功筛选到至少一对有效的小干扰RNA。该教学实践增强了学生对RNA干扰原理和实验的理解,锻炼了学生的实验与科研能力。     

逆转录病毒介导的小干扰RNA稳定抑制子LRP16基因表达

RNA干涉是近年被广泛关注的一项技术,通过19～21 nt的双链核酸介导使靶基因mRNA特异降解,目前已被广泛应用于细胞水平的基因功能研究.通过沉默LRP16基因表达介绍一项利用逆转录病毒介导发夹环样小干扰RNA的策略.首先选择了LRP16基因mRNA翻译起始位点下游+374 nt和+668 nt位置分别作为小干扰RNA作用靶位点,通过设计21nt的反义序列,构建了pL374和pL668 2个以pLPC为骨架的逆转录病毒载体,针对绿色荧光蛋白序列构建pGFPi载体做阴性对照,茎环样结构小RNA由U6启动子驱动转录生成.3个载体分别与VSVG共转染293GP2细胞,包装假病毒,再分别感染MCF-7细胞,嘌呤霉素筛选获得稳定生成小干扰RNA的细胞.Northern blot实验表明pL374和pL668可分别将LRP16基因抑制90%和60%,为进一步研究LRP16基因功能奠定了基础.另外,首次将mU6启动子序列插入pLPC逆转录病毒载体骨架,将其改造为可介导发夹环样小干扰RNA产生的质粒载体.     

鼻咽癌组织的显微切割及其 RNA 线性扩增

从微小体积鼻咽癌活检标本中获取纯净癌细胞一直是鼻咽癌分子生物学研究中的难题 . 为了寻找一种能从鼻咽癌活检组织中获得高纯度、高质量 RNA 来完成 cDNA 微阵列 (cDNA Microarray) 实验的简便实用方法,采用 RNAlater 技术保存鼻咽癌活检组织,显微切割技术来获得高纯度鼻咽癌细胞,利用 RNA 线性扩增技术得到 cDNA 微阵列实验所需 RNA. 结果表明：利用 RNAlater 技术可以很好地保持组织 RNA 的稳定,通过优化显微切割和 RNA 线性扩增的条件获得了 cDNA 微阵列实验所需的高纯度、高质量 RNA.     

一种新型反义RNA技术:RNA错折叠

反义RNA技术的发现对现代医疗技术的发展有着重要的作用,常规的反义RNA技术是设计出与靶RNA互补的寡核苷酸,通过它与靶RNA结合来干扰转录或翻译过程,使蛋白质不能被表达出来。目前,一项新的技术——寡核苷酸导向的RNA错折叠将反义RNA技术进一步简化,从另一个角度丰富了反义RNA技术。     

植物小RNA荧光原位杂交实验方法

小RNA是对植物生长发育十分重要的一类小分子核苷酸,在多种生命过程以及胁迫响应中发挥重要调控作用。对小RNA的定位研究有助于揭示它们的功能,而小RNA荧光原位杂交(sRNA-FISH)是一种通过荧光检测技术对生物体内小RNA进行定性或半定量分析的技术,目前该技术已经在动物体内被广泛应用,而在植物体内的应用还比较少。该文...     

基于新一代高通量技术的人类疾病组学研究策略

近年来,包括第二代测序技术和蛋白质谱技术等在内的新一代高通量技术越来越多的应用于解决生物学问题尤其是人类疾病的研究。这种以数据为导向,大规模、工业化的研究模式,使得从基因组水平、转录组水平、蛋白质组水平等角度对疾病展开全方位、多层次的研究成为可能。文章综述了新一代高通量技术在DNA、RNA、表观遗传、宏基因组和蛋白质组水平的人类疾病研究进展以及在转化医学领域的应用。在基因组水平上,外显子组测序是近年来持续的研究热点,随着测序成本的不断降低,全基因组重测序也越来越凸显了其在全基因组范围内检测大型结构变异的优势,并使得个人基因组引领的个体化医疗逐渐成为可能。在转录组水平,如小RNA测序技术可用来检测已知小RNA和预测新的小RNA,这些小RNA不仅可以作为疾病诊断和预后的分子标志物,在疾病治疗方面也具有无限潜力。在蛋白质组水平,如目标蛋白质组学可以有目标地测定可能与疾病相关的特定蛋白质或多肽,能够很好地应用于疾病的临床分期分型。文章进一步阐述了跨组学研究在疾病研究领域中的应用和发展趋势,借助生物信息学分析方法进行多组学整合研究,能更加系统地阐释疾病的发生及发展机理,为疾病的诊断治疗提供强有力的工具。     

piRNA和PIWI蛋白的功能机制研究进展

piRNA是2006年7月在动物生殖细胞中发现的一类新小分子非编码RNA。piRNA特异地与PIWI家族蛋白相互作用,因此,被命名为PIWI-interacting RNA,简称piRNA。这类长度在26～32核苷酸的小分子非编码RNA代表了一个生殖细胞转座子沉默的独特小RNA通路。它们可能通过与PIWI家族蛋白质相互作用,在表观遗传学水平和转录后水平沉默转座子等基因组自私性遗传元件,参与生殖干细胞自我维持和分化命运决定、减数分裂、精子形成等生殖相关事件。在piRNA发现后短短数年的时间,对其生物发生、功能及作用机制的研究都取得了诸多重大突破。该文就piRNA研究的最新研究进展作一简述。     

植物中病毒来源的小RNA介导的RNA沉默

植物RNA 沉默机制的主要功能之一是具有抗病毒作用. 在被病毒侵染的宿主细胞中发现的病毒来源的小RNA表明, 宿主的RNA沉默机制可以靶向病毒RNA. 随着vsiRNAs 高通量测序技术的发展, 近年来的遗传学研究揭示了vsiRNAs 的起源和组成以及它们调控基因表达的潜在功能. 本文简述了vsiRNAs 的起源和生物合成过程, 并着重围绕在抗病毒过程中vsiRNAs 介导的对病毒基因组和宿主转录本的RNA 沉默现象进行综述, 以更好地理解植物中vsiRNAs 在病毒致病性以及和宿主互作中的作用机制.     

小RNAs与其靶标的相互调控

小RNAs 是生命活动非常重要且广泛存在的调节因子,可以调控基因表达和基因组稳定性. 然而最近的研究发现,小RNAs与它们的靶标间的调控是相互的调控(reciprocal regulation),因为它们的靶标反过来也可以调控小RNAs. 也就是说,它们的靶标可以通过自身与小RNA的互补程度或自身丰度水平,引发小RNAs无需模板地在其3′ 端添加核苷酸,导致小RNAs降解. 另外,病毒也可以通过这种方式调控宿主基因的表达. 这种现象的发现挑战了以前对小RNAs作用过程的理解,这不仅可以解释以前一些关于小RNAs所不能解释的问题,而且对于转基因技术、反义核酸技术和RNA干扰技术都有重要的启示作用. 本文综述了这种靶标引发小RNA修饰并降解现象的研究进展和应用前景.