非编码RNA的生物信息学研究方法:RNA结构预测及其应用

近10多年来的研究逐步揭示了RNA的各种生物学功能。RNA不仅是信息从DNA传递到蛋白质的中间体,还直接参与基因沉默、表观遗传学修饰等生物学过程。单链的RNA在体内通过碱基配对折叠成一定的二级结构。介绍了现在预测RNA二级结构的主要算法及其应用,其中包括基于热力学、同源比对和统计学习的各种算法,以及如何引入实验数据辅助预测。二级结构预测算法被广泛用于寻找RNA功能单元和预测新非编码RNA等各种问题。如何利用高通量实验数据帮助结构预测,探索长非编码RNA功能,研究RNA与蛋白质相互作用,是RNA二级结构预测算法和应用的一些前沿方向。     

脊椎动物血浆蛋白质的进化

分子生物学的迅猛发展,使我们有可能从分子水平来探讨生物进化这一经典命题。分子进化遂成为进化生物学中的一个新的研究领域。脊椎动物血浆中有数百种蛋白质,依据其一级结构的类似性可划分为仅仅几个家族。蛋白质的进化主要涉及到基因复制(包括加倍)和外显子改组。对不同种属同一种蛋白质的氨基酸排列顺序的比较,可以给出一些有关蛋白质进化的知识。这方面业已取得的成就极大地推进了进化生物学的发展。     

蛋白质工程的诞生

现在我们可以按照指令改变任何基因,因而也就能够设计并产生新的酶。但是我们对决定蛋白质链的折叠规律了解得还不多。 1960年末,我曾提出一份关于未来应用分子生物学的考试题。其中一个问题是要求应试者设计一种可以催化一种特异性有机反应的酶。另一个问题是要求他们设计一种酶     

杨树和葡萄UBX蛋白质家族分析

UBX（泛素调控X因子）蛋白质家族在泛素化相关的过程中起着重要的作用,如细胞周期调控、转录调控、信号转导、发育、胁迫响应、细胞程序性死亡、内吞作用和DNA修复。然而,到目前为止。UBX家族在杨树和葡萄中还没有被研究过。为了更好的弄清这两个植物的UBX家族,我们对UBX的基因结构、染色体位置、基因重复、系统发育关系作了分析。该研究对葡萄和杨树的UBX蛋白质家族作了第一个系统的分析。基因的外显子／内含子结构和蛋白质基序组成在同一个组里相对比较保守。基因重复分析表明．串联重复和片段重复对于杨树和葡萄的UBX基因家族的扩张有一定贡献,基因缺失在UBX基因家族的扩张过程中也发生了作用。本研究为UBX蛋白质功能的研究奠定了基础。     

环形RNA 在疾病中的研究进展

环形RNA(circular RNA circRNA)是由前体RNA的3'末端和5'末端首尾相连形成的环状非编码RNA,可竞争内源性RNA,调节基因的表达。环形RNA在发现之初,被认为是由于错误剪接产生的,未引起重视,随着RNA测序和生物信息等技术的发展大量的环形RNA被发现,并逐渐成为非编码RNA的研究热点。虽然目前对其功能了解甚少,但已有的研究表明环形RNA可以对基因转录后进行调控。本文将从环形RNA的发现过程、形成机制、生物学功能、与疾病的关系以及研究中存在的问题进行综述,有助于进一步研究中心法则,同时为疾病诊治提供新的方向。     

非编码基因生物学:迈向现代RNA世界

正非编码RNA(即非蛋白质编码RNA)与基因表达调控是当前生命科学最活跃的前沿之一。20年来,一大批非编码RNA的发现及其功能的阐明,揭示了非编码RNA基因(简称非编码基因)在遗传信息表达和调控中的重要作用。非编码基因所具有的从调控到生物催化活力的结构与功能多样性,不仅大大开阔和革新了人们对许多生物学基本概念和基本问题(如生命起源方式和分子生物学中心法则)的     

长链非编码RNA的功能及其作用机制

近年来,随着高通量深度测序技术的飞速发展,大量长链非编码RNA(lncRNA)在真核生物体内不断被发现。lncRNA是一类长度大于200 nt,生物学功能丰富,高级结构保守的非编码RNA(ncRNA)分子,能直接与蛋白质、微小RNA(microRNA)等分子作用,在表观遗传水平、转录水平、转录后水平上调控靶基因的表达。主要就lncRNA的分类标准、调控基因表达模式及其与蛋白质、miRNA的相互作用进行综述,旨在为更好地理解和研究lncRNA生物学功能提供参考。     

长链非编码RNA与宫颈癌

长链非编码RNA (Long non-coding RNA,lncRNAs)是RNA的其中一员,其结构类似于mRNA,但由于没有保守的开放阅读框,因此不能编码蛋白质。LncRNAs曾被认为是基因转录后的异常现象或噪音,没有任何的生物学功能。随着研究的进一步深入,发现其可作为重要的调控分子参与人类正常或异常的生物学活动过程。LncRNAs与神经系统功能、机体代谢紊乱以及肿瘤等疾病的发生发展密切相关。异常表达于宫颈癌的lncRNAs通过发挥抑制肿瘤或促进肿瘤的作用,参与调控宫颈癌的各个生物学过程。文中结合最新报道就lncRNAs在宫颈癌的异常调节、分子调节机制和潜在临床应用方面进行综述。     

转录因子KLF8基因结构及其功能研究进展

随着分子生物学研究的进展,机体各种生物学特性的影响都在分子水平上寻求到原因。转录因子作为调节基因转录的重要蛋白质,一直在被人们进行种类发掘及功能鉴定。KLF8(Krüppel-like factor 8)是属于KLFs(Krüppel-like factors)家族中的一种转录因子,对细胞侵袭和上皮-间质转化、细胞致癌性转化和肿瘤、细胞周期循环、脂肪细胞分化等方面有着深远影响。由于其在生物学功能上的多方面影响,使其逐渐成为科研人员探究的热点。对该转录因子的结构和作用已经有了深入的了解。现就KLF8基因与蛋白质的分子结构和生物学特性研究进展进行综述,可为该基因作为遗传标记奠定基础并以期为相关研究如癌症调控、肥胖治疗及基础研究等提供参考。     

蛋白质的三维结构研究

蛋白质的三维结构研究是最近十几年来取得重大突破和迅速发展的一个领域,其影响所及,已深入到许多重要的有关蛋白质的生物学问题。     

非编码RNA在胚胎干细胞中的研究进展

非编码RNA(non-coding RNAs,ncRNAs)通常因不能编码蛋白质而被误认为是一类无用序列。近年来,随着基因组测序等相关技术的发展,对ncRNAs的研究越来越受到人们的重视,更多的ncRNAs及其生物学功能被揭示,其广泛参与细胞生长、增殖、分化、凋亡等一系列生命进程的调控。胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)研究是现代生物学发展最受关注的领域之一,其多能性的维持机制与分化的调控网络一直都是有待突破的核心问题,也成为了其应用于临床的主要障碍。ncRNAs在ESCs的许多生物学过程,特别是自我更新和多能性维持的过程中,发挥着重要的调控作用。ncRNAs的研究对于了解ESCs自我更新和多向分化的机制具有重要意义,关于ncRNAs与ESCs的研究是当前生命科学研究的前沿热点之一。现就ncRNAs及其在ESCs中的研究进展予以综述。     

蛋白质NMR样品制备技术

在结构基因组学和结构生物学的研究中,核磁共振技术被广泛地用于测定蛋白质在溶液中的空间结构及其动力学,研究蛋白质与配体的相互作用。但是,核磁共振技术的应用在很大程度上受到样品制备技术的制约。该文就蛋白质NMR样品的制备技术进行综述,主要介绍几种常用的重组蛋白质表达体系、蛋白质同位素标记技术以及缓冲液的选择等方面的进展。     

RNA—蛋白质相互作用研究的进展

分析原核生物中RNA与蛋白质的相互作用,给了我们很多的信息和启示。到目前为止,大肠杆菌核糖体是研究最多的RNP复合物,而大肠杆菌中的谷氨酰胺基tRNA合成酶和相关的tRNA是目前唯一制成RNA一蛋白质共结晶,并揭示其结构的RNA一蛋白质复合物。最近在真核生物系统中的研究不仅发现了由RNA-蛋白质结合介导的基因表达调控的机理,而且鉴定出结合RNA的蛋白家族中存在有共同的短段(Common motifs)。本文拟对目前研究的饶有兴趣的5SRNA-结合蛋白复合物以及RNP-致序列进行阐述和讨论。     

RNA 的拼接

RNA的拼接（(splicing）作用是指一种新 的RNA加工过程。自从1977年以来,几个实 验室同时报道了一些病毒和真核细胞基因的编 码序列是被非编码序列间隔开的。就是说,在 真核细胞中存在着割裂基因（(splite gene).这 样一个真核细胞基因割裂现象曾经引起了极大 的震动。编码序列叫做外显子（exon),作为其 间隔的非编码区叫做内含子（intron)。整个 DNA,包括外显子和内含子全部被转录为RNA 序列片段。这段RNA经过剪接,除去内含子 区, 将几段外显子区拼接为一个完整的RNA 的过程叫做RNA的拼接过程。如血红蛋白, 它的夕链基因就是一个由两段内含子插人外显 子之间构成的‘ii0 内含子又被称作基因的插人 序列(intervening sequence)。也就是说,成熟 的RNA序列是从相应于分割开的DNA序列 的片段装配起来的。所以,RNA拼接过程就 是割裂基因表达时RNA序列的重组过程。 在真核细胞中这种基因割裂现象是非常普 遍的。无论是细胞核、线粒体或是叶绿体的基 因中都存在割裂基因。这些基因中既有编码结 构蛋白质的,也有编码调节蛋白的。插人序列 的数目也不等。从一个基因完全没有插人序列 到一个基因被割裂50次以上。内含子的大小 范围也很不一样,可以从10个碱基对（例如在 t RNA基因中）到几万个碱基对（例如果蝇中的 homeotic基因）fai0真核细胞百分之九十以上的 非编码区中插人序列的部位千变万化。许多迹 象表明这些部位对基因表达的调节有着重要的 作用。所以研究真核细胞RNA的拼接对于了 解真核细胞基因表达的调控规律是很重要的。 RNA的拼接与生物的分化过程和发育过程都 有着极为密切的关系,它是当前分子生物学中 研究得最为活跃的课题之一。 下面我们将分两部分来介绍RNA的拼接 作用。     

蛋白质空间结构预测

早在70年代,Anfinsen就提出蛋白质分子的一级序列决定其空间结构的论断,这一论断得到多次实验证实并被人们广泛接受,成为蛋白质结构预测的理论基础。由于蛋白质分子的结晶非常困难,因此蛋白质三维结构预测成为目前了解蛋白质结构信息的重要手段,这一研究领域也成为蛋白质工程研究的一个非常活跃的方向。     

蛋白质折叠、动力学以及蛋白质-配体结合的物理化学基础

蛋白质是生物体的重要组成部分并参与细胞内几乎所有的生物学过程.随着越来越多物种基因组序列的测定,准确理解基因产物的功能并探索蛋白质功能多样性的原因,已经成为当前的研究热点.为了研究蛋白质的功能,已有大量蛋白质的静态三维结构被测定.但是,蛋白功能最终受其动力学行为所控制,这包括折叠过程、构象波动、分子运动以及蛋白质-配体相互作用等.基于自由能图谱理论,本文深入讨论了蛋白质动力学的底层物理化学机制,并回答了以下问题:蛋白质为什么能够折叠、以及如何折叠成其天然三维结构?为什么蛋白质的动力学特征是固有的?其动力学行为如何控制蛋白质的功能?讨论结果将有助于后基因组时代生命科学研究中蛋白质结构-功能关系的理解.     

糖链及其蛋白质糖基化

基因和蛋白质是生物统一性的重要标志,而糖链则是生物多样性最重要的标志分子。糖基化作为蛋白质翻译后重要的修饰方式,有其重要的生物学意义。本文综述了糖链的结构、功能及其蛋白质糖基化的类型、影响因素、表达系统等相关问题。     

蛋白质结构预测进展

蛋白质的序列决定结构,结构决定功能。新一代准确的蛋白质结构预测工具为结构生物学、结构生物信息学、药物研发和生命科学等许多领域带来了全新的机遇与挑战,单链蛋白质结构预测的准确率达到与试验方法相媲美的水平。本综述概述了蛋白质结构预测领域的理论基础、发展历程与最新进展,讨论了大量预测的蛋白质结构和基于人工智能的方法如何影响实验结构生物学,最后,分析了当前蛋白质结构预测领域仍未解决的问题以及未来的研究方向。     

RNA干涉的最新研究进展

RNA干涉 (RNAi)是将双链RNA(dsRNA)导入细胞引起特异基因mRNA降解的一种细胞反应过程 .它是转录后基因沉默 (PTGS)的一种 .RNAi在生物界中广泛存在 .RNAi发生过程主要分为 3个阶段 :起始阶段 ,扩增阶段 ,效应阶段 .RNAi在维持基因组稳定、保护基因组免受外源核酸侵入、基因表达调控等方面发挥重要生物学作用 .RNAi作为基因沉默的一个工具 ,已被广泛用于基因功能研究、基因治疗和新药研究与开发等方面 .     

DNA微阵列技术及其在肿瘤生物学中的应用

人类基因组测序工作的完成使人们可以方便地调用任何基因序列,但仅有基因序列并不能解释众多的生物学问题,这要求发展一种高通量的技术用于研究基因的生物学功能以及基因的相互作用。DNA微阵列技术以其高通量的特点,已经在肿瘤生物学的研究中逐渐被采用。由于癌症是源于基因表达谱改变的基因疾病,通过DNA微阵列技术研究癌症细胞和对应的正常细胞的基因表达差异,将会使人们更好地了解肿瘤的形成和发展过程。