Ribozyime及其应用前景

已发现的Ribozyme有:GroupⅠ和GroupⅡ内含子、RNaseP、类病毒、拟病毒、卫星RNA和蝶螈卫星DNA2转录物。它们的催化机制已基本阐明。利用设计的Ribozyme可切割特定RNA分子,因而可抑制基因表达。据此,在医学上可用Ribozyme治疗某些疾病;在农业上可用Ribozyme创造抗病毒的动植物新品种。Ribozyme是可进行分子内催化(如自我剪接或自我切割)或起酶作用的RNA分子。可译为核糖核酸拟酶或核酸代酶。自八十年代初以来,发现的Ribozyme已有几十种。按其作用底物可分为自体催化和异体催化两类;按其催化方式又可分为切割型和剪接型两类。Ri-bozyme的发现表明RNA是唯一的一种既可携带遗传信息又具有生物催化功能的生物大分子。     

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。     

RNA的生物催化功能及其研究进展

长期以来,我们一直认为生命过程中的所有化学反应是在生物催化剂——酶的作用下进行的,而所有的酶都是蛋白质或带有辅基的蛋白质。但近年研究发现,某些RNA分子也具有“酶”的生物催化功能,它们能在一定条件下催化自身或其它RNA分子发生化学反应。Cech(1981,1986)据此提出了RNA生物催化剂的概念,将这些具有酶活性的RNA称之为核酶(ribozyme)。本文简要介绍几种RNA分子的生物催化功能及其研究进展。     

应用扫描隧道显微镜技术观察针对HBsAg基因转录物的核酶的二级结构

核酶(Ribozyme)是具有催化RNA切割反应功能的RNA,它可以特异性地切割RN-A。最近,核酶的一级结构已经被证实,其与底物结合时所形成的二级结构如锤头状(Hammerhead)、发夹型(Hairpin)结构,亦得到初步证实。因此,能够设计并人工合成核酶,通过特异性破坏RNA,阻断其功能,从而有效地阻止病毒的复制和繁殖。这是近年来继反义RNA之后发现的又一个抑制基因表达的有力工具,开辟了分子生物学的一个新领域。     

抗HPV16 E7-ribozyme在CV-1细胞中的稳定表达

构建了由RSV—LTR启动子带动并能在细胞内稳定复制的Ribozyme的自身修剪表达质粒pRSV—Rz523、Ribozyme反义对照质粒pRSV—AE7及人增殖细胞核抗原基因(PCNA)启动子带动的HPVl6 E7片段(+554～+686)的真核表达质粒pPCNA—E7。经G418抗性筛选获得了稳定表达Ribozyme的CV-1细胞克隆,其表达水平约为9．Opmol／lO6个细胞,其中活性Ribozyme的量大于50fmol／lO6个细胞,分离得到的Ribozyme可在体外特异切割E7靶RNA片段。通过共转染Ribozyme(或反义对照)和底物表达质粒并筛选出细胞克隆．研究了Ribozyme在细胞中对底物表达水平的影响。初步结果显示．Rihozyme的导人可使细胞内底物E7的RNA表达水平降低了90％(反义对照使E7 RNA表达降低20％)。上述结果提示：在CV-1细胞中表达的Ribozyme不仅在体外,同时在细胞内具有一定的生物学活性,有可能应用于逆转官颈癌细胞的恶性表型。     

问:酶的定义是什么?

答：过去人．们通常将蛋白质催化剂称作酶（enzyme）,认为酶是具有催化作用的蛋白质。自从1981年T．R．Cech首次证明原核生物四膜虫中rRNA具有催化剪切的酶活性,继而1983年SAltman又报道大肠杆菌中RNaseP中的RNA具有酶的活性,其组分也存在全酶的催化活性,并证实了RNA具有分子间催化活性,此RNA可分离得到,也可在体外转录产生,从而使人们确信有些RNA具有催化作用,即具有酶的活性。以后又先后发现了一些具有酶活性的RNA,因此许多科学家认为应该修改酶的定义,将酶的定义改为：具有生物催化功能的生物大分子;另一些科学家…     

Ribozyme和DNAzyme的基因治疗实验应用进展

Ribozyme和DNAzyme具有水解mRNA分子的功能,是阻断基因表达和抗病毒的重要工具。近年来,Ribozyme和DNAzyme在临床治疗研究中已经获得了长足进展,有许多成功的实例。比较了Ribozyme和DNAzyme的差异和特点,总结了它们在抗病毒、抗肿瘤、治疗遗传病、治疗神经系统疾病等方面的临床前研究、应用及进展。     

生物信息学在工业生物催化研究中的应用

随着石油等不可再生资源的日益减少以及环境污染问题的日益严重,应用工业生物催化技术改造或取代传统化工工艺已经成为新世纪化学工业可持续发展的研究热点。工业生物催化技术的研究对象是生物催化剂及其催化过程。近来,利用生物信息学技术进行工业生物催化研究已经越来越受到人们的重视。随着工业生物催化的发展,生物信息学将直接指导并加快新型高效生物催化剂的发现及功能改造进程。     

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     

生物催化剂研发及生物催化技术的产业化

资源危机与环境压力已经成为现代人类社会实现可持续发展的主要瓶颈,着眼于发展环境友好、过程高效的工业生物技术,有望对社会发展产生巨大的引领和带动作用,工业生物技术的发展将成为解决能源、环境和资源问题的关键,而生物催化是工业生物技术的核心技术.本文介绍了生物催化在工业可持续发展中的地位,国内外研究进展及其影响,并对新型生物催化剂的发现与新的催化功能的开发应用实例进行了介绍.     

纳米粒子-生物分子复合体的合成及其在生物医药领域的应用

纳米粒子具有独特的光、电和催化性质;生物物质具有识别、催化和抑制的特性;纳米粒子连接生物分子从而合成了具有生物上的电、光性质的纳米粒子—生物分子复合体。本文介绍了纳米粒子-生物分子复合体系的合成,以及这些纳米粒子—生物分子复合体在生物医学领域的应用及研究进展。     

环状RNA在抑郁症中的研究进展

环状RNA (circular RNA,circRNA)是一类通过非经典方式反向剪接形成的环状非编码RNA,在生物体内表达丰富,具有高度保守性、组织发育阶段特异性,且较线性RNA更稳定,可发挥基因表观调控、细胞通信、蛋白质翻译等多种生物功能.近来研究表明,在抑郁症模型动物研究中,circRNA能够影响星形胶质细胞、小胶...     

用反义RNA和催化RNA抑制艾滋病毒

艾滋病毒(HIV)是一种逆病毒(retrovirus),其生、死均靠其RNA。因之,有些抑制艾滋病毒的方法都以其RNA为进攻目标。其中,一种是使用互补RNA分子封阻病毒RNA的活性,一种是使用具有催化活性的RNA分子消解病毒的某些RNA片段;前一种称作‘反义法’,后一种叫做‘RNA类酶(Ribozyme)法’。     

催化混杂性驱动的酶功能重塑

作为生物催化剂,酶蛋白介导的生化反应具有条件温和、绿色环保等优点。然而相比化学催化剂,天然酶功能的局限性制约了它在生物制造领域的广泛应用。前期研究表明,酶蛋白除了催化专一性外,同时还展现出混杂性的一面,可在特定条件下催化非天然模式反应。这一特性为酶分子功能重塑提供了新思路,可用来指导人工酶设计,拓展天然酶的催化边界,实现新颖酶促反应类型,以扩大酶催化应用场景。本文从酶催化功能混杂性背后可能的进化机制入手,综述了当前诱导酶催化功能混杂性的常用策略,如定向进化、构象动力学、反应条件诱导及祖先酶重构等技术,并从催化机制、构效关系及适应性进化等多个角度,结合近年来相关研究实例,探讨了催化功能混杂性背后的分子机制,为突破天然酶促反应局限性、创制催化非天然反应的高效人工酶元件提供参考。     

环状RNA及其在生态毒理学研究中的应用进展

环状RNA（circular RNAs,circRNAs）是一类共价闭合环状非编码RNA,具有进化上保守、结构上稳定、组织特异性表达等特点。CircRNAs可作为miRNAs海绵影响其对基因的调控,还可与RNA结合蛋白（RNA binding proteins,RBPs）相互作用,也有研究表明某些circRNAs还具有被翻译成蛋白质的潜能。CircRNAs已被证实对某些疾病具有特异性、稳定性和调节功能,如癌症、糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病等,其可作为潜在的诊断、预后生物标志物和治疗靶点。最近,有研究发现circRNAs参与了环境化学污染物诱导的毒性效应发生及发展的过程。目前,生态毒理学研究中评价环境化学污染物和毒效应之间关系的毒性终点通常会受遗传多态性和表观遗传学影响,考虑到经环境化学污染物暴露后生物体内circRNAs差异性表达的现象,或许在生态毒理学研究中circRNAs也有作为生物标志物的可能性。基于此,对circRNAs的生物合成与降解、生物学功能、分析方法及其目前在生态毒理学研究中的应用展开综述,并对其作为分子生物标志物在环境污染物暴露早期诊断和生态风险评价中的应用进行了展望,以期为生态毒理学研究和环境风险评价提供参考。     

抗病毒基因与哺乳动物抗感染育种研究进展

近年来,人们利用基因工程的原理和技术分离或合成了诸如干扰素、白介素等一类细胞因子的DNA或cDNA,这类物质在抗病毒感染及免疫调节等方面都具有重要的功能;同时,人们还发现了诸如反意RNA、Ribozyme等一类小分子RNA,它们在病毒的转录及复制过程中起着重要的调控作用。将这些DNA、cDNA或RNA导入体外培养细胞,转化细胞可以获得抗病毒功能。以显微注射为主要手段的转基因动物构建技术,可以有效地将这些外源目的基因导入动物受精卵,使其整合、表达,并于某些转基因动物体内产生相应的抗感染等生物学效应,从而使动物抗感染基因工程育种的设想成为可能。     

加权ceRNA网络筛选乳腺癌生物标志物

竞争性内源RNA (competing endogenous RNA, ceRNA)作为生物标志物和潜在的治疗靶点,在探究肿瘤的发病机制中,表现出了巨大的研究价值和临床应用前景。本文对乳腺癌ceRNA网络进行了系统的分析,首先通过差异分析获得差异miRNA、mRNA和lncRNA,其次利用网络的边聚集系数(edge clustering coefficient,ECC)和皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient, PCC)计算ceRNA网络节点的权重,最后采用基于随机森林的逐步特征选择(stepwise feature selection based on random forest, SFS-RF)方法筛选出一组可作为乳腺癌生物标志物的RNA——LINC00466、CHL1-AS2和LINC00337,并利用GEO数据库验证了该组RNA对乳腺癌样本的识别情况。此外,通过GO和KEGG通路富集分析探索了该组RNA在乳腺癌中的生物学功能。结果显示:这些RNA作为生物标志物,在识别乳腺癌样本方面具有高精度和高效率等特性,在乳腺肿瘤细胞的增殖及遗传物质的合成等过程中具有重要生物学意义。     

手性医药化学品生物催化合成进展与实践

手性生物催化是利用生物催化剂对手性分子构型的识别能力进行选择性催化的新型物质加工过程,具有催化效率高、选择性强和反应条件温和等优势。近十年来,生物催化技术快速崛起,树立了多个大品种原料药过程替代的成功范例,成为手性医药化学品绿色制造不可或缺的重要工具。笔者分析了生物催化商业和学术发展的新动向,并结合笔者在手性药物生物催化合成的产业化开发实践,指出了今后的发展方向。     

10-23脱氧核酶介导的生物传感器研究进展

近20年间,DNA介导的生物传感器得到了快速的发展,DNA能够作为遗传信息重要载体的同时,其折叠成的空间构象也具有很多的功能。功能核酸的概念逐渐引入到了包括生物传感、生物成像、医疗在内的重要领域中。10-23脱氧核酶作为功能核酸的一种,是通过体外筛选技术得到的,Mg²⁺存在的条件下能够特异性识别并切割RNA,切割位点为RNA中的嘧啶与嘌呤间的磷酸二酯键。由于其独特的识别以及切割能力,10-23脱氧核酶介导的相关疾病治疗得到了广泛的应用,同时人们逐渐开始关注10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建。对于10-23脱氧核酶的结构、性质、作用方式及改进修饰进行了介绍,并对10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建及应用进行了综述,旨为人们在未来使用10-23脱氧核酶搭建新型快捷生物传感器奠定理论基础。     

催化RNA的结构与功能

在核酶被发现以前,RNA就因为可以像蛋白质一样折叠成高度有序的结构而被预测可能具有催化的功能.该猜想在20世纪80年代得到了证明,四膜虫的Ⅰ型内含子RNA与负责tRNA成熟的核糖核酸酶RNaseP的RNA组分被发现具有催化功能.近年来,在核酶的结构和功能研究方面取得了很大进展,包括核糖体在内的多个核酶的高分辨率晶体结构被解析出来.本文介绍了这方面的最新研究成果.