核糖开关的结构和调控机理

一种新发现的RNA分子——核糖开关,通过感知代谢物浓度的变化调控目标基因的表达。它可以调整自身的结构直接结合代谢物小分子,而不需要蛋白因子的参与。在原核生物中发现了大量的核糖开关,在真核生物如植物和真菌中也发现了核糖开关。核糖开关由适体域和表达平台两个功能域组成,能在不同水平调控基因的表达,如转录终止、翻译起始、mRNA剪辑和加工。核糖开关不需要蛋白因子的参与,因此人们认为它可能是古代RNA世界的遗留物。核糖开关作为RNA传感器可以设计成一种基因控制元件,在未来的基因治疗方面可能具有很大的应用前景。     

一种新发现的基因表达调控机制——核糖开关

最近发现 ,某些依赖代谢物调节的基因转录产物的 5′UTR存在特征性结构———核糖开关(riboswitch) .核糖开关可以特异性结合代谢物 ,通过构象变化 ,在转录或翻译水平上调节基因表达 .核糖开关广泛存在于G+ 及G-细菌的代谢相关基因中 ,在真菌、植物中也有发现 .核糖开关调节维生素、氨基酸、核苷酸等基础代谢过程 ,其调节基因表达不需要任何蛋白因子作为中介 ,在进化上可能是RNA世界遗留的分子化石 .核糖开关可用于研究基因功能 ,开发新型药物及基因治疗 .     

新型基因表达调控元件——人工核糖开关的构建及筛选

核糖开关作为一种新发现的RNA元件,可以高效、准确、快速地执行基因调控任务,且免疫原性低,有可能在将来以顺式模块的方式应用于未来的基因治疗。近年来已经成功构建了多种人造核糖开关,构建方法主要是利用人工适体元件与基因表达调控元件组装,或者是在天然核糖开关基础上进行改造。文中全面综述了涉及人工核糖开关设计及筛选的技术,讨论了可以用于哺乳细胞、响应非天然配体信号、调控特征为热力学和动力学控制的核糖开关的设计新策略,并对核糖开关的筛选构建策略及其在基因治疗及新型药物开发领域的应用前景进行了展望。尽管目前将核糖开关设计成为功能强大的新型基因调控系统还面临很大的困难,但通过构效关系的研究、计算机辅助设计、体外筛选及细胞内筛选技术、高通量优化筛选等技术的综合应用,核糖开关一定可以成为有力的基因调控工具,如能成功应用则可大大促进基因治疗临床化的进程。     

核糖开关的结构和配体结合规律

核糖开关是一种RNA固有的基因表达调控系统。近年来,核糖开关的应用受到科研工作者的广泛关注,其结构与功能的研究也越来越受到重视。核糖开关具有哪些结构特征和调控机制,它是如何识别目的配体,又怎样与目的配体紧密结合,全面了解这些机制将为探索新型核糖开关,设计人工高效核糖开关提供重要思路。本文对核糖开关结构特征和调节机制、适体筛选、配体结合规律进行简要介绍。     

血管生成素对细胞核内功能的体外分析体系

利用人血管内皮细胞的细胞核而建立的体外转录分析体系可灵敏地定量测定血管生成素促进的RNA转录。反应体系中血管内皮细胞核先在缓冲液中与血管生成素混合 ,然后加四种核糖核苷三磷酸混合物启动反应 ,并以 [α 3 2 P]CTP作为示踪剂确定新生RNA的产量。结果显示 ,该体外分析体系的最适反应温度为 30℃ ,最佳反应时间是 30min ,在此反应条件下血管生成素可定量促进RNA转录 ,并存在着剂量效应。研究发现 ,体系中过高浓度的血管生成素降解RNA产物 ,提示细胞具有控制该因子在细胞核内积聚的生物学机制 ,以保证其在细胞内恰当地发挥作用。抑制血管生成素诱导的RNA转录可能可以抑制血管新生 ,因而可能是治疗肿瘤的一个新的分子靶。     

核糖开关及其在抗菌药物方面的研究进展

核糖开关是一类与核酸、氨基酸、金属离子、糖类衍生物以及辅酶等特异性配体结合的RNA元件,它与配体结合后通过调控相应下游的基因表达起到控制细胞生命及活动的作用。目前核糖开关是基因调控方面的研究热点,应用于大量筛选工程菌株、构建新型生物传感器以及作为抗菌药作用的新靶点。综述了几种主要的核糖开关(如:嘌呤核糖开关、赖氨酸核糖开关、环二鸟苷酸核糖开关、glm S核糖开关、TPP核糖开关、FMN核糖开关等)在抗菌药物靶点方面的研究进展。     

等温滴定量热法研究核糖开关aac与氨基糖苷类抗生素的相互作用

核糖开关(riboswitch)是位于m RNA非编码区域的RNA元件,可与小分子配体结合导致结构转变,进而调控下游基因的表达。核糖开关aac能够特异性结合氨基糖苷类抗生素,从而调控氨基糖苷类抗生素抗性基因的表达。目前,核糖开关aac与氨基糖苷类抗生素相互作用的位点和机制尚不清楚。作者利用等温滴定量热法对核糖开关aac与氨基糖苷类抗生素的结合亲和力及结合热力学性质进行了研究,并初步探讨了点突变对相互作用的影响。结果发现,西索米星、庆大霉素、G418、奈替霉素和巴龙霉素能够特异性结合核糖开关aac,而阿米卡星、卡那霉素A、链霉素、链丝菌素、新霉胺、新霉素及核糖霉素与核糖开关aac无特异性相互作用;核糖开关aac与氨基糖苷类抗生素的结合热力学性质表明二者通过氢键和范德华力发生相互作用。西索米星滴定核糖开关aac突变体的结果表明,U68和A18位点很可能与氨基糖苷类抗生素形成氢键,A13和A44位点对于相互作用也有影响。这些结果对进一步研究核糖开关aac与氨基糖苷类抗生素相互作用的位点和机制具有重要的参考价值。     

核糖开关与基因表达调控

核糖开关(riboswitch)是近几年基因表达调控研究的一个热点.核糖开关位于mRNA的非翻译区(untranslated regions, UTR),能够直接感受胞内外信号并引起自身二级结构的变化,在转录或后转录（翻译和mRNA稳定性）水平实现对下游相关基因的表达调控,该过程不依赖于包括蛋白质在内的其它任何因子的作用. 根据现已发现的核糖开关所能识别的信号因子类型,可以将其分为4类,即小分子代谢物、金属离子、环境因素及空载tRNA敏感的核糖开关;其中,小分子代谢物敏感的核糖开关是发现和研究最多且最深入的一类. 随着研究的深入,将会有更多的核糖开关被发现,这不仅有助于理解生物进化与环境适应性,而且在生物学基础研究,新型药物的开发以及工业生产领域都将发挥重要作用.     

核糖体蛋白质的新功能及其与相关疾病的关系

核糖体蛋白质与核糖体RNA共同组成了核糖体,是合成蛋白质的细胞器。除参与蛋白质合成,核糖体蛋白质还具有广泛的核糖体外功能,如独立于核糖体外发挥调控基因转录、mRNA翻译、细胞的增殖、分化和凋亡等等。基于诸多的核糖体外功能,核糖体蛋白质与人类疾病密切相关,例如在先天性贫血、生长发育不全和肿瘤的发生发展过程中均发挥重要作用。本文对近年来核糖体蛋白质的核糖体外新功能及其相关疾病的研究进展作一综述。     

基于核酶技术的人线粒体色氨酸tRNA的高效转录及其活性鉴定

利用T7RNA聚合酶(T7 RNA polymerase,T7 RNAP)的体外转录方法因其简便、高效而在RNA制备中得到广泛应用,但该法由于T7RNAP的启动子跨越转录起始位点而会导致转录产物多出附加序列;如果去掉T7启动子的转录起始位点,则会严重降低T7RNAP的转录活性。本实验很好地消除了以上弊端,将T7RNAP的高效转录系统与核酶高度专一的自剪切技术相结合,成功构建了一种不影响转录效率的体外转录方法,而且转录后核酶能够在设计的特定位点进行自剪切并释放出目的RNA,得到了活性达113.6pmol/μg的人线粒体色氨酸tRNA(HmtRNATrp(UCA))。该方法转录效率高、重复性好,适合RNA的大量精确制备。     

SARS冠状病毒实时荧光RT-PCR定量检测

为建立一种快速、准确、特异的SARS病毒RNA定量检测方法,根据复合探针荧光定量分析原理,对SARS病毒核酸进行实时荧光定量RT-PCR检测.借助计算机辅助,对SARS病毒基因靶序列以及检测引物和探针进行了优化筛选;利用体外转录SARS病毒RNA靶序列,对RT-PCR反应的镁离子浓度参数进行了优化;比较Trizol法、磁珠法、Qiagen法、煮沸法等4种方法提取RNA的检测效果,建立了样本处理方法;通过对构建的体外转录靶序列模型的检测,对本方法的灵敏度、特异性、定量线性关系、精确度等进行了评价,并通过对42例临床标本的检测对本方法的检测效果进行了评估. 通过克隆SARS病毒核酸靶序列并进行体外转录,获得了长度约1.2 kb的体外转录RNA靶序列;经优化,荧光RT-PCR反应液中的Mg²⁺浓度以4.0 mmol/L为最好;RNA提取方法采用磁珠法效果较好;本方法的检测灵敏度最低可达5个拷贝的体外转录RNA分子,特异性100%,C_t值的CV值小于5%.对临床确诊的42份SARS病人血清和漱口水标本的检测结果表明,该方法的检出率为79%,与荧光抗体检测法的符合率为70%.上述结果表明,该方法建立的荧光定量RT-PCR技术能够快速准确、特异、敏感地对SARS病毒核酸进行定量分析,为临床SARS冠状病毒RNA的检测提供了新的,更为有效的检测方法.     

核不均一性核糖核蛋白在RNA加工过程中的作用

在真核细胞中,初始转录产物（前体mRNA）经过一系列复杂的转录后加工过程形成成熟的mRNA.在这一过程中,大量蛋白质和加工因子有序汇集在核糖核蛋白复合体中并参与对前体RNA的加工过程. 该复合体中的蛋白质部分主要由一类约20种称为核不均一性核糖核蛋白的多肽分子构成.除了早期了解的一些结构性功能外,近来已有许多证据显示这些蛋白质在细胞中RNA的代谢及其他活动方面具有更加广泛和积极的作用.     

小麦芽依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅱ不能转录绒毛烟斑驳病毒及其拟病毒

小麦芽经过匀浆、沉淀、高速及超速离心、透析以及DE_(52)离子交换层析等步骤,纯化小麦芽依赖于DNA的RNA聚合酶。用α-鹅膏蕈碱抑制试验,证明得到RNA聚合酶Ⅱ。用此聚合酶Ⅱ组建的体外转录体系的研究结果表明,绒毛烟斑驳病毒的拟病毒和卫星RNA(黄瓜花叶病毒相关RNA_3)都不能利用该体系进行转录,类病毒PSTV可进行转录,但转录效率明显低于小牛胸腺DNA;α-鹅膏簟碱可抑制类病毒的转录。绒毛烟斑驳病毒拟病毒和卫星RNA都不能被转录,表明他们的复制方法与类病毒不同。     

用T7RNA聚合酶体外转录合成大鼠肝tRNA~(Ile)

采用PCR技术从rec M1 3mp1 8中扩增出 1 2 0bp的大鼠肝tRNAIle合成基因片段 ,经限制性内切酶BstNⅠ酶切后作为模板 ,利用T7RNA聚合酶在体外无细胞体系转录由T7启动子带动的大鼠肝tRNAIle基因 ,生成不含修饰碱基的tRNAIle,并对体外转录反应条件进行了优化 ,回收的tRNA产量可达DNA模板量的 4 0倍     

核糖开关的研究及应用

核糖开关是一类自然界中天然存在的适配子,通过结合小分子代谢物调控基因的表达。它位于特定的mRNA非编码区,可以不依赖任何蛋白质因子而直接结合代谢物并发生构象变化,在转录和翻译水平上参与调控生物的基本代谢途径。目前已知核糖开关不仅广泛存在于细菌的代谢相关基因中,还存在于某些真菌和植物中。对核糖开关的深入研究将为基因功能研究、生物传感器研发以及新型抗菌药物开发等提供新的途径。     

应用核酶体外切割马铃薯卷叶病毒外壳蛋白基因的研究

针对马铃薯卷叶病毒外壳蛋白基因第356～358位点“GUC”．设计、合成了一种“锤头状”核酶。将核酶基因克隆在体外转录载体PSPT19的SP6启动子下游;同时将PLRVCPcDNA亚克隆在体外转录载体pSPT18的SP6启动子下游。利用SP6RNA聚合酶分别体外转录,获得核酶分子和靶RNA序列。在41℃保温进行核酶切割反应,检测到预期大小且被切开的两个RNA短片段。     

科学出版社科学出版中心生命科学分社新书推介2008-01

本书根据美国冷泉港实验室出版社出版的《RNA世界》第三版译出。本书系统地介绍了RNA在生命起源中的作用和RNA功能，是国际上RNA领域最权威的专业书籍。内容涵盖了RNA的起源、核酶、核糖体、剪接体、核糖开关、RNA蛋白质复合物、snRNP、snoRNP、端粒酶RNA、RNA编辑、RNAi、microRNA、非编码RNA、     

大鼠肝和BERH—2肝癌5Kb BamHI DNA片段的克隆及其转录研究

本文克隆了大鼠肝和肝癌BERH-2 DNA的分子大小约为5kb的BamHI片段(Bam5族重复顺序)。从筛选出的克隆中取一个来自肝癌细胞基因组DNA的克隆片段H5 B-1和来自肝细胞基因组DNA克隆片段L5 B-4做进一步分析研究。采用RNA点杂交法对L5 B-4DNA片段的转录产物在细胞核、质间分布的研究结果表明:L5 B-4 DNA片段转录产物在肝癌细胞的总核RNA,poly A~ 核RNA和poly A~-核RNA中的相对量,比正常肝细胞的相应RNA组分低;在肝癌细胞的总胞质RNA和多聚核蛋白体RNA中的相对量,则比正常肝细胞的相应RNA组分高;其转录产物在poly A~ 核RNA中的相对含量高于其他细胞RNA组分,几乎不存在于rRNA中。当用大鼠肝和肝癌总RNA进行RNA点杂交比较时其转录产物在肝癌细胞中的相对含量则高于正常肝。结果提示,L5 B-4 DNA片段的转录产物从细胞核向细胞质内转运,肝癌细胞明显高于正常肝细胞。以H5 B-1 DNA片段代替L5 B-4 DNA片段进行RNA点杂交,得近似的杂交放射自显影图谱。     

第二信使分子c-di-AMP调控细菌中钾离子转运的机制

钾离子(K~+)是维持生命体存活的必需元素。原核生物进化出一系列K~+转运系统,如Kdp系统﹑Ktr系统和Trk系统等,来维持胞内相对恒定的K~+浓度。环二腺苷酸单磷酸(cyclic diadenosine monophosphate,c-di-AMP)是新发现的第二信使分子,可以与K~+转运系统中的KdpD、KtrA和TrkA结合。当胞内c-di-AMP浓度高时,c-di-AMP会与K~+转运蛋白结合,降低其转运活性。c-di-AMP的靶标除蛋白质外,还有RNA元件,即c-di-AMP的核糖开关。高浓度的c-di-AMP与其核糖开关结合后,可抑制下游K~+转运蛋白编码基因,如kdp、ktr和trk操纵子以及kup基因的转录,从而调控K~+的转运。总之,胞内高浓度的c-di-AMP抑制细菌对K~+的吸收。c-di-AMP调控K~+转运机制的研究,不仅丰富了K~+转运的调控方式,而且也扩大了c-di-AMP的调控范围,为细菌的利用与防治提供了新思路。     

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。