RNA自我剪接机制——生物体中无酶催化的奇特反应

生物体内的一切反应都是在酶作用下进行的。今天对于这一观念,出现了一个反例,1982年 Thoms R.Cech 和他的同事在 Colorado大学的一个发现:原生动物四膜虫(Tetrahy-mena)的核糖体RNA前体的编码基因插入序列的剪接无需其它酶类的存在就可以完成。这一发现的意义在于它改变了生物催化的一贯观     

可动性I型内含子

真核生物绝大多数基因初始转录物的后加工过程涉及内含子(intron,亦称间插序列IVS)的切除和外显子(exon)的连接。自从Kruger和Cech等人首次发现嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)大亚基rRNA的间插序列能够催化自身切除和外显子连接以来,自我剪接内含子(self splicing intron)及其他有催化功能的RNA的例子在不断增多.RNA催化功能的发现强     

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…     

RNA分子自身复制研究的最新进展

自从T.R.Cech等人在原生动物四膜虫(Tetrahymena thermophila)中发现并证实了具有催化功能的RNA分子--ribozyme存在以来,RNA的研究重又成为热点。人们希望能通过进一步的工作,了解生命起源初期生物进化的模式。     

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。     

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。     

Ⅰ类,Ⅱ类内含子的结构与功能

Ⅰ类、Ⅱ类内含子的结构与功能曾庆平（华南理工大学生物工程系,广州５１０６４１）关键词内含子分类,自我剪接,起源根据内含子剪接机制的不同,可将其分为自我剪接内含子、剪接体介导剪接内含子和酶促剪接内含子３类。第１类的典型代表是四膜虫ｒＲＮＡ前体中的内含子...     

tRNA核酸内切酶的研究进展

tRNA在蛋白质合成过程中起着极其重要的作用。在所有的生物体内,tRNA首先以前体形式转录,然后必需经过一系列的加工后才能成为有功能的tRNA分子。tRNaseZ、RNaseP和tRNA剪接内切酶是参与tRNA前体加工的三种主要的核酸内切酶,分别参与tRNA前体3′末端、tRNA前体5′末端和内含子剪接的加工。这三种酶具有不同的结构特征,并且利用完全不同的催化机制水解磷酸二酯键。tRNaseZ和RNaseP都是金属酶,活性中心分别需要Zn^2＋和Mg^2＋的参与;而tRNA剪接内切酶活性中心不需要金属离子,是一个由不同催化亚基上的关键氨基酸残基构成的组合式活性中心。     

蛋白质剪接研究进展

蛋白质剪接是一个翻译后自催化加工过程,它不需要酶或其他辅助因子的参与。在这个过程中,前体蛋白的Intein(内含肽)被切离,其两侧的Extein(外显肽)连接在一起。Intein按结构可分为经典Intein和微型Intein,其中的经典Intein包括Hint结构域和中间的归巢内切酶结构域(该结构域在微型内含肽中不存在)。蛋白质剪接及其他具有Hint结构域的蛋白加工过程的起始步骤是N-S/O酰基重排反应,该反应是由Hint结构域催化的;Intein的剪接还分为顺式剪接和反式剪接,通过对Intein进行改造,可以阻断剪接过程,但不影响N端肽键或C端肽键的断裂;通过筛选突变体,可以获得温度敏感型、pH敏感型或小分子诱导型的内含肽。这些研究促进了Intein在多肽制备及其它方面的应用。     

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Introns)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(groupⅡintron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质(内切核酸酶活性和逆转录酶活性).本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径.     

基于核酸侵入反应的生物分子检测技术的研究进展

核酸侵入反应是由5＇核酸内切酶或flap内切酶催化的,能够识别切割核酸片段形成的特异性结构的一类反应。近年来发展了很多基于该反应的生物大分子检测技术,能够对DNA、RNA、miRNA及蛋白质进行高灵敏、高特异性的测定。这些技术大都无需扩增待测靶标,极大地降低了扩增产物交叉污染的风险,在临床检测中具有很大的应用前景。本文对这些检测技术的原理及应用作简要综述。     

基于核酸侵入反应的生物分子检测技术的研究进展

核酸侵入反应是由5’核酸内切酶或flap内切酶催化的,能够识别切割核酸片段形成的特异性结构的一类反应。近年来发展了很多基于该反应的生物大分子检测技术,能够对DNA、RNA、miRNA及蛋白质进行高灵敏、高特异性的测定。这些技术大都无需扩增待测靶标,极大地降低了扩增产物交叉污染的风险,在临床检测中具有很大的应用前景。本文对这些检测技术的原理及应用作简要综述。     

末端脱氧核酸转移酶介导的功能核酸生物传感器研究进展

末端脱氧核酸转移酶(TdT酶)是一种DNA聚合酶,可以催化脱氧核苷酸结合到DNA分子的3'羟基端,并且该反应无需特定的模板。目前,基于末端脱氧核酸转移酶可对模板核酸链的末端进行延伸这一特性,搭载不同的信号输出及扩增方式,构建了一系列的生物传感技术,如电化学生物传感器、荧光生物传感器、表面离子共振生物传感器等。对各类传感器的基本设计原理和应用进行了阐述。根据TdT酶的性质设计的一系列生物传感器具有简单、快速、廉价、灵敏度高、特异性好等优点,实现了对金属离子、病原体、蛋白质等的检测。最后对TdT酶介导的生物传感器目前的研究现状进行了总结并且对TdT酶未来的发展方向进行了展望。     

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。     

嗜热四膜虫可变剪接基因鉴定及功能分析

可变剪接是产生蛋白质组多样性和调节基因表达的重要机制,相关研究在高等真核生物中开展较多,而在单细胞真核生物中则较少,尤其是单细胞原生动物纤毛虫中,仅有少量报道。本文基于单细胞模式原生动物嗜热四膜虫种大量转录组数据,对其可变剪接基因进行了鉴定及分析。在嗜热四膜虫中共鉴定到2 894个可变剪接位点,涉及到2 698个可变剪接基因,可分为四类。考虑到转录本拼接的准确性,选择了其中464个与基因组预测模型完全一致的可变剪接基因进行深入分析,其中生长(growth)时期、饥饿(starvation)时期、接合生殖(conjugation)时期特异性的可变剪接基因分别为49个、79个和135个。对可变剪接基因的功能进行分析表明其涉及的功能广泛且显著富集于蛋白激酶过程,提示可变剪接基因在嗜热四膜虫蛋白磷酸化和信号传导中具有重要作用。     

Ⅱ组内含子(Group Ⅱ Intron)的分布及多样性

Ⅱ组内含子(group Ⅱ intron)存在于原生生物、真菌、藻类、植物细胞器以及细菌和古细菌基因组中.在体内,Ⅱ组内含子可通过两步连续的转酯反应从前体RNA中自剪接,并连接两 侧外显子.许多Ⅱ组内含子的剪接反应是由蛋白质辅助完成的,这种蛋白质有的是由内含子编码,有的是由宿主基因编码.Ⅱ组内含子能够有效地归巢进入无内含子的等位基因,也能 够以低频率逆转座进入非等位基因.转座过程依赖内含子RNA和内含子编码的蛋白质（内切核酸酶活性和逆转录酶活性）.本论文在总结Ⅱ组内含子最新研究成果的基础上,分析Ⅱ组内含子可能的起源和进化途径     

定量测定DNA杂交物的灵敏方法——时间分辨荧光法

<正>核酸杂交不仅广泛用于分子生物学,而且也用于诊断医学等领域,这就需要有一种稳定、非放射性探针,到目前为止,用于杂交探针的非放射性标记物有:(1)用抗生物素或抗生蛋白链菌素检测的生物素化的核苷,(2)用于免疫学检测的半抗原以及(3)与核酸交联的蛋白质。所有这些方法,最终都要用酶催化显色来检测杂交探针分子,尽管这类非放射性标记探针可以在高浓度使用(这可以增加杂交速率),但是,其检测灵敏度和简易性都无法与放射性核酸     

四膜虫S1株——上海四膜虫,新种

四膜虫S1是一株自接型四膜虫,根据形态特征应属梨形四膜虫复合种。本种除克隆内接合外,和其它十二种四膜虫均不接合。本种的异柠檬酸脱氢酶,四唑氧化酶,谷氨酸脱氢酶和乙酸酯酶的同功酶谱和其它十二种四膜虫相比,差异明显。此外,金亦石等(1987)所提供的S1和其它十种四膜虫的rDNA分子的四种限制性内切酶图谱也说明,S1株与除T.australis以外的其它九种的酶切图谱是显著不同的。据此,作者认为本种应是梨形四膜虫复合种中一新种,并定名为上海四膜虫。     

四膜虫基因表达数据库: 四膜虫全基因组基因表达芯片和协同表达分析的数据资源

嗜热四膜虫是一种优良的真核模式生物, 对其功能基因组学的分析将为研究细胞和分子生物学的基础性重大问题提供新的机遇. 四膜虫基因表达数据库(TGED)是原生动物纤毛虫中第一个基因表达数据库, 整个数据库包括了四膜虫3个重要的生理和发育阶段20个时间点的全基因组基因表达数据, 提供了友好的网页界面(http://tged.ihb.ac.cn)供用户获取这些数据. 通过基因的标识号或描述信息, 用户可以获取基因表达谱信息和协同表达基因. 此外, TGED同时提供了制备四膜虫基因表达芯片的样品制备方法. 欢迎研究者上传和分享其所有的基因芯片数据, 以期为四膜虫或纤毛虫研究提供重要的功能基因组学资源.     

四膜虫T.S1株rDNA分子的形态以及限制性内切酶图谱分析

用电镜以及Southern杂交技术测得从我国分离的四模膜虫T.S1株的rDNA(rRNA基因)分子为20kb(相当于12.5×10~6道尔顿)的回文二聚体结构。制定了该rDNA分子的四种限制性内切酶图谱,并与已知的四膜虫10个物种的相应的限制酶图谱作了比较分析,发现T.S1株与其中9个物种的图谱显著地不同,但是与T.australis的rDNA的7种限制酶图谱相比较,竟有6种是一致的。两者的BglI图虽有差别,但也只是一个酶切位点之差。