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。     

基于高通量测序的RNA信息解析技术

非编码RNA (noncoding RNA,ncRNA)占据真核生物转录组的绝大部分,在各种生理和病理过程中发挥重要作用.随着高通量测序技术的发展,人们利用RNA信息学技术解析到越来越多的非编码RNA的信息,并逐渐揭示其功能和作用机制.该文主要介绍非编码RNA及其靶标鉴定、RNA功能网络、RNA与蛋白质互作、RNA修饰...     

长链非编码RNA及其与肿瘤关系

人类基因组DNA信息分析显示,基因组中编码序列不超过2％,其余为非编码序列,其中能够稳定转录的部分称之为非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA)基因.依据ncRNA长度将其分为长非编码RNA(lncRNA,碱基数＞200nt)和短非编码RNA (sncRNA).在人体内,lncRNAs分布广泛,数目众多,并且大多数是由RNA聚合酶Ⅱ转录的,且有5'端帽子结构以及3 '端的多聚腺苷酸.就lncRNA的特征及其在肿瘤细胞中的功能进行阐述.     

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。     

环状RNA与人类疾病

环状RNA(circular RNAs, circRNAs)是一类广泛存在于各种生物细胞中具有调控基因表达功能的非编码RNA,具有结构稳定和组织特异性表达等特征. 有些circRNA分子富含微小RNA结合位点,可通过充当竞争性内源RNA的角色来发挥作用,如CDR1as对miR-7的海绵作用与肺癌、乳腺癌、胶质瘤及肌萎缩性脊髓侧索硬化等疾病发生相关. cANRIL可通过影响多梳家族参与动脉粥样硬化的发生. 大量circRNA的发现及其结构和功能的阐明不仅可以使我们更加深入地了解疾病的发生机制,而且为相关疾病的预防、诊断和治疗提供了新的方向.     

流感病毒的分子生物学研究进展

流感病毒是分节段的负链RNA病毒,由RNA依赖的RNA聚合酶起始病毒的复制。流感病毒的特殊基因组结构和病毒蛋白的功能使其极易发生抗原转换和抗原漂移,这使得病毒能够逃避多种宿主的长效中和性免疫反应。本文从病毒结构、基因组及其编码蛋白质、病毒复制过程和病毒的易感宿主等几方面论述了流感病毒的分子生物学研究进展。     

免疫共沉淀结合基因芯片对m_3G帽子结构RNA的分离鉴定

目的:通过免疫共沉淀和基因芯片技术,建立一种RNA 5'端帽子结构的鉴定方法。方法:利用m3G帽子结构的特异性抗体对线虫的总RNA进行免疫共沉淀,为线虫127个非编码RNA设计探针,制备了检测基因芯片,对其帽子结构进行鉴定,并对RNA的转录进行分析。结果:37个非编码RNA被分离鉴定为含有m3G帽子结构,与其它物种已发现m3G帽子的RNA比较,结果基本一致。结论:免疫共沉淀结合基因芯片技术对非编码RNA 5'端帽子结构分离鉴定的方法是可行有效的。此方法特异性强,灵敏度高,对大规模RNA帽子结构的鉴定、新RNA的发现和RNA功能的鉴定都具有一定的参考和应用价值。     

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RNA研究技术概述

非编码RNA是当前生命科学研究领域的前沿热点。系统地研究生物体内非编码RNA的起源、结构、功能和作用机制,有助于我们更加全面、深入地了解基因表达调控机理及生物体的生命活动,而科学问题的解答依赖于实验技术和实验方法的创新和革命。本文按不同的实验目的和研究内容,就当前非编码RNA领域内主要的研究策略和方法技术作一简述。     

非编码RNA在抑郁症中的研究进展

抑郁症是威胁人类健康的全球第二大常见疾病,目前仍缺乏客观的诊断、治疗指标,同时发病机制尚不清晰。非编码RNA包括微小RNA、环状RNA及长链非编码RNA,其异常表达会影响人类多种疾病的进展。近年来,越来越多的证据表明,非编码RNA在抑郁症发展过程中发挥着重要作用,且其功能与机制得到了初步验证,可能成为抑郁症的潜在诊断和治疗靶点。本文归纳总结了上述三种非编码RNA在抑郁症中的表达特征、生物学功能及临床意义。     

日本血吸虫非编码小RNA研究进展

非编码小RNA是一类通过调节基因的表达从而影响生命活动的小分子,主要包括微小RNA、内源性小干扰RNA、Piwi蛋白相互作用的RNA及竞争性内源RNA。研究发现日本血吸虫感染动物后,宿主和虫体的非编码小RNA的表达水平均发生了改变。宿主源的非编码小RNA主要为微小RNA,其中miR-454和miR-203与日本血吸虫病发生发展有关,miR-223和miR-451与日本血吸虫自身生长发育有关;日本血吸虫非编码小RNA包括微小RNA、内源性小干扰RNA,这些非编码小RNA在日本血吸虫的生长、发育、性成熟及产卵中发挥着重要作用,如sjalet-7、sja-bantam,而且像sja-miR-3479和sja-miR-0001还可以诊断日本血吸虫病。就日本血吸虫非编码小RNA的研究进展进行综述,为日本血吸虫病的防治提供参考。     

非编码小RNA的多样性

RNA是一类广泛存在的极其重要的生物大分子,它不仅种类繁多,而且不同种类的RNA在结构方面有着显著的差异。RNA种类和结构的多样性决定了RNA具有很多重要的生物学功能。随着对非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)研究的不断深入,ncRNAs同样呈现出前所未有的复杂性和多样性。主要介绍了tRNA、snRNA、scRNA、rRNA、siRNA、miRNA、pi RNA和nat-si RNA等两大类持家ncRNA和调控ncRNA的结构和功能,为便于了解生物体内小的非编码RNA的多样性,进一步挖掘和利用ncRNAs提供一定的参考,促使人们对RNA的认识和地位作出新的思考。     

microRNA的研究进展

在多细胞生物的基因组中都存在一类非编码RNA基因,能够产生长度约为22个核苷酸的小分子RNA,称为microRNA（miRNA）,具有调节其他基因表达活性的功能。miRNA的发现,为我们理解复杂的基因调节网络开辟了新的空间。本文概述了miRNA的产生过程、转录抑制机理、研究并预测miRNA的方法等。     

RNA结构与生物信息和记忆

RNA结构具有多样性,RNA功能依赖于RNA结构,RNA结构承载着重要的生物信息。在人脑中,RNA结构可能承载着记忆信息编码的重要功能。对RNA结构作为生物信息的载体和人脑中记忆信息的载体,特别是瞬时记忆信息编码的载体进行了探讨。该假说的提出对阐释记忆的分子机制具有重要意义。     

nc2Cancer:一个研究与癌症相关人类非编码RNA的数据库

伴随着高通量测序技术的飞速发展,许多新型的非编码RNA陆续被发现,比如长链非编码RNA(lncRNA)和环状RNA(Circular RNA)。先前的研究已经表明这些非编码RNA在基因表达调控过程中起着很重要的作用,并且与癌症的发生有着很密切的联系。但是,由于研究者们仍然对它们行使何种功能知之甚少,鉴定这些非编码RNA是否与人类癌症存在密切的相互关系仍然是一个巨大的挑战。为了促进这一领域的研究,这篇文章的作者分析了大规模的RNA相互作用数据,然后建立了数据库nc2Cancer(http://www.bioinfo.tsinghua.edu.cn/nc2Cancer/index.php)。这个数据库的目标便是提供非编码RNA与癌症之间的全面关系。现在,该nc2Cancer数据库包括了三种类型的非编码RNA分子:长链非编码RNA,环状RNA以及由假基因转录而成的RNA。这项研究将有助于研究者更好地去理解非编码RNA的功能以及它们在人类癌症发生过程中所起到的作用。     

环形RNA分子揭秘

环形RNA分子是一类不具有5'末端帽子和3'末端poly(A)尾巴、并以共价键形成环形结构的非编码RNA分子。利用针对环形结构RNA分子的实验和计算方法,并结合新一代高通量测序,现已在多种细胞内发现了大量环形RNA分子的稳定存在。目前,尽管环形RNA分子的产生机制及其代谢仍然不清楚,但是已有的研究表明环形RNA分子具有调控基因表达的功能。对环形RNA分子的产生机制和功能等的进一步研究,将为人们深入理解生命活动在转录水平的复杂性调控提供重要的分子基础和研究依据。     

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.     

竞争性内源RNA的生物学功能及其调控

最新研究表明,RNA之间可以通过竞争结合共同的microRNA反应元件(microRNA response element, MRE)实现相互调节,这种调控模式构成竞争性内源RNA(Competing endogenous RNA, ceRNA)。已发现的ceRNA包括蛋白编码mRNA和非编码RNA,其中后者包括假基因转录物、长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)、环状RNA(Circular RNA, circRNA)等。文章主要从ceRNA分类的角度,阐述各类ceRNA构成的调控网络发挥的生物学功能在病理和生理相关过程中的作用,以及可能影响ceRNA调控有效性的因素。     

基于量子进化算法的RNA序列-结构比对

多序列比对是计算分子生物学的经典问题,也是许多生物学研究的重要基础步骤．RNA作为生物大分子的一种,不同于蛋白质和DNA,其二级结构在进化过程中比初级序列更保守,因此要求在RNA序列比对中不仅要考虑序列信息,更要着重考虑二级结构信息．提出了一种基于量子进化算法的RNA多序列-结构比对程序,对RNA序列进行了量子编码,设计了考虑进结构信息的全交叉算子,提出了适合于进行RNA序列-结构比对的适应度函数,克服了传统进化算法收敛速度慢和早熟问题．在标准数据库上的测试,证实了方法的有效性．     

RNA病毒RNA依赖的RNA聚合酶的结构与功能

RNA病毒一般传播迅速,给人类和自然造成巨大危害和威胁.许多RNA病毒的结构蛋白在基础研究和应用方面已日趋完善.相比之下,就非结构蛋白(NS)所做的研究较少,存在许多未知问题.在这些非结构蛋白中,病毒自身编码的RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRP)对病毒的复制起关键作用.对RdRP的研究不仅使对病毒RNA复制的机制更精细明了,且有可能提供新的抗病毒靶标和诊断试剂.本文对RdRP特别是动物RNA病毒RdRP的结果与功能作一综述.