tsRNAs的作用机制及其在相关疾病中的潜在应用*

近年来,转运RNA(transfer RNA,tRNA)衍生的小RNA(tRNA-derived small RNA,tsRNAs)被认为是一种新的、潜在的非编码RNAs(non-coding RNA,ncRNAs)。根据在前体或成熟tRNA上切割位置的不同,tsRNAs主要被分为两种类型,即tRNA halves(tRNA-derived stress-induced RNA,tiRNAs)和tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRFs)。越来越多的证据表明,tsRNAs参与翻译起始抑制、基因沉默和调节核糖体发生等多种细胞代谢过程,并在癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病和病毒感染等相关疾病的发生、发展中都起着重要的作用。综述tsRNAs生物学功能和作用机制及其在相关疾病中的潜在应用,总结tsRNAs研究目前存在的问题和未来的研究方向。     

tRNA来源的小片段RNA——新的基因表达调控因子

转移核糖核酸(tRNA)是蛋白质合成的关键接头分子,特异性识别信使RNA(mRNA)的密码子信息,将其接载的氨基酸基团掺入到新生多肽链中。最新研究表明,在很多物种中,在某些特定情况下,tRNA或其前体被特异性剪切产生tRNA来源的小片段RNA(tRNA-derived fragment,tRF)。这类tRF是一类新的基因表达调控因子,其发挥作用的机制多样,如某些tRF以microRNA方式抑制mRNA翻译;某些tRF作为逆转录病毒RNA基因组的逆转录引物;而某些tRF参与了前体rRNA剪切复合物的组装。此外,细胞受胁迫产生的带有多聚鸟苷酸模块的tRF则会竞争性抑制延伸因子elF4G与mRNA的结合,从而抑制蛋白质翻译。随着研究的继续深入,对tRF的发生发展、作用机制以及在疾病中的潜在作用将会进一步丰富。拟从tRF作为新的基因表达调控分子的角度,简要介绍tRF发挥作用的分子机制。     

十字花科黑腐病菌中存在tRNA衍生片段(tRF)的证据

tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRF)是一种由内切核糖核酸酶将初级tRNA(primary tRNA)或成熟tRNA分子剪切后形成的长度为14～30 nt(核苷酸)的稳定的RNA片段.研究表明,tRF广泛存在于各种真核生物中,它们既可以作为信号分子,又可以作为基因表达的调控因子,在细胞的...     

tRNA衍生片段的鉴定及对靶分子的调节机制

随着测序技术的发展和对tRNA衍生小分子(tRNA-derived small RNA,tsRNAs)的深入研究,越来越多的tsRNAs及其功能在各物种中被鉴定。tsRNAs根据切割位点的不同可分为tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRF)和tRNA应激诱导RNA(tRNA-derived stress-induced RNA,tiRNA),其中tRF是一类具有调节功能的非编码RNA。为了加深对tRF的研究,近年来一些基于测序数据的tRF鉴定方法和相关数据库不断涌现,前者主要包括Telonis等人的算法和tDRmapper方法,后者主要有tRFdb、tRF2Cancer和MINTbase等。同时这两者为tRF的深入研究提供了更有效的工具。大量的研究表明,tRF主要以类似miRNA的方式对RNA、DNA及蛋白质进行调节,但也存在特异的作用方式。随着对这三者的深入研究,研究人员发现tRF在人类疾病的各种生物过程中也扮演着重要的角色,例如可以作为生物标志物。因此本文主要对tRF的鉴定方法、数据库、对靶分子的调节机制及其与人类疾病的关系作一综述。     

tRNA衍生片段和tRNA半分子的生物学功能及其在疾病发生中的作用

tRNA衍生片段(tRNA-derived RNA fragment,t RF)和tRNA半分子(tRNA halves,ti RNA)由成熟tRNA或其前体tRNA在不同位点特异性剪切产生,它们是一类广泛存在于原核生物和真核生物转录组中的非编码小RNA分子.t RF主要有tRF-5、tRF-3和tRF-1等3亚类,分别来自成熟tRNA的D环至反密码环茎区间切割至5′端、T环开始至3′端和前体tRNA的3′端尾部,其长度为14~30个核苷酸(nucleotide,nt).ti RNA主要有5′ti RNA和3′ti RNA等2亚类,是在成熟tRNA反密码子环处切割分别产生,其长度为29~50 nt.t RF和ti RNA具有多种生物学功能,既可以在应激反应中作为信号分子,又可以作为基因表达的调节者.它们与人类多种疾病(如肿瘤、神经退行性疾病、代谢性疾病和传染病等)的发生密切相关,有希望成为疾病诊断的新型标志物.本文就t RF和ti RNA的分类、生物学功能以及与人类疾病的关系作一综述.     

精子RNA及RNA修饰在获得性遗传中的研究进展

越来越多的证据表明,上一代在环境压力下产生的某些获得性性状可以"记忆"在配子中,并以一种不依赖DNA序列的方式传递给下一代,这种现象被称为获得性遗传。然而,关于精子中介导获得性遗传现象的分子机制尚不清楚。近年来,随着精子RNA领域的发展,我们实验室率先发现精子中一类来源于成熟tRNA的小RNA (tRNA-derived small RNAs, tsRNAs)及其RNA修饰可以作为一种新型的表观遗传信息载体,介导父代获得性代谢紊乱性状向子代传递。此外,我们进一步发现了调控精子RNA介导获得性遗传的关键分子——tRNA甲基转移酶DNMT2,从RNA修饰及修饰酶的角度为获得性遗传的机制研究打开了新思路。鉴于该领域的迅速发展,该文拟从精子tsRNAs、RNA修饰以及DNMT2的角度综述近年来精子RNA及RNA修饰介导的获得性遗传机制的研究进展。     

tsRNA研究进展与展望

tRNA-derived small RNAs(tsRNA)是近年来发现的、存在于多种生物体内的一类非编码小RNA,来源于成熟tRNA或tRNA前体,其表达和修饰具有组织和细胞特异性. tsRNA参与应激反应、蛋白质翻译调控、核糖体生物合成、肿瘤发生、细胞增殖与凋亡、表观遗传信息的跨代传递等多种生理和病理过程. 本文主要对tsRNA的生成及分类、已知的生物学功能及作用机理、tsRNA 及其修饰在疾病中的作用等进行了综述.     

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。     

M1RNA在基因治疗中的研究进展

E.coli RNase P复合体的M1RNA亚单位是一类具有催化活性的核酶,它切割tRNA前体分子（pre-tRNA）的5′端前导序列,产生成熟的tRNA分子。M1RNA主要通过结构特异性识别底物,不需要底物有特定的序列,从而可设计修饰过的核酶为抑制靶基因的表达,在消除染色体易位产生的肿瘤相关畸形染色体上,M1RNA是一种理想的工具,研究表明M1RNA作为一种新型核酶有着广阔的应用前景和极大的临床价值。     

正在崛起的RNA纳米技术

RNA纳米技术得益于纽约大学西曼(Nadrian C.Seeman)教授开创的DNA纳米技术,RNA是由腺嘌呤(A)、尿嘧啶(U)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)构成的一种核糖核酸高分子,与DNA的Watson-Crick碱基配对(A-T,G-C)的双螺旋链的结构不完全一样,RNA的二级结构里经常出现一些非传统的碱基配对如环环相互作用,这些非传统配对促使RNA分子折叠成刚性结构。本文综述了正在崛起的RNA纳米技术,列举了一些著名的实验,如郭培宣(Peixuan Guo)等从自然界的phi29噬菌体中发现的pRNA纳米马达是由六个小RNA分子构成的六环结构,Jaeger等发展了RNA构造术(RNA-tectonics),根据已知的RNA分子的碱基和非传统配对,他们设计利用小RNA分子构造二聚体、一维线性多聚体、和二维网状的七巧板迷宫(jigsaw puzzle)等图案,用tRNA分子或设计用几条RNA分子来构建多面体如立方体和八面体等立体结构等。RNA纳米技术正在崛起,它将在医学、生物技术、合成生物学和纳米技术领域扮演重要的角色。     

依赖RNA的RNA聚合酶介导RNA干扰的扩增效应

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种非常高效的基因沉默效应,RNA依赖性RNA聚合酶(RNA—de—pendent RNA polymerase,RdRP)介导的扩增作用可能是RNAi具有高效性的一个主要原因。了解RdRP在生物体中存在的证据、RdRP及其复合体的结构、次级siRNA的产生及转移性RNAi的发生机制等问题,对深入理解RNAi的作用机制和促进RNAi的临床应用有重要意义。     

环状RNA与病毒感染之间相互关系的研究进展

非编码RNA (non-coding RNA,ncRNA)是指一类不具有编码蛋白质功能的RNA,包括转运RNA (transfer RNA,tRNA)、核糖体RNA (ribosomal RNA,rRNA)、微小RNA (micro RNA,miRNA)、长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)以及环状RNA(circular RNA,circRNA)等.近年来circRNA在癌症,肿瘤以及心脑血管疾病等多种疾病中被证实发挥重要作用,此外研究还发现宿主circRNA与病毒来源的cicrRNA均会参与到病毒感染进程,但其中circRNA发挥的功能还有待进一步研究,因此,该文综述了circRNA的发现、分类、主要功能以及宿主circRNA和病毒来源的circRNA与病毒感染之间相互关系的研究进展,将有助于理解circRNA与病毒感染之间的互作机制.     

tRNA来源的非编码小RNA的生成调控及功能研究前沿进展

转运RNA衍生小RNA(tRNA-derived small RNAs, tsRNAs)是一类来源于tRNAs的新型非编码小RNA,广泛存在于动物、植物的组织细胞以及体液中,在胚胎发育、细胞命运决定、机体免疫调控、获得性遗传以及包括癌症在内的多种人类疾病的发生发展中发挥着不可或缺的作用。然而,由于tsRNAs含有从其tRNAs前体继承而来的多种RNA修饰,这些RNA修饰一方面增加了tsRNAs信息编码的深度,丰富了tsRNAs在细胞内功能和作用机制的多样性,另一方面也增加了其功能研究的复杂性。近年来, tsRNAs的作用机制成为该领域的研究焦点和关键点。该文系统性地综述了tsRNAs的最新研究进展,包括其生成途径、检测方法、作用机制以及生物学功能的多样性,并探讨了tsRNAs作为生物标志物在临床疾病诊断中的应用前景。     

RNA适配体作为类抗性基因的可行性

【背景】抗性基因(ResistanceGene)在分子生物学研究中具有重要作用,但其基因片段较大,限制了载体中插入目的序列的长度。【目的】探究分子量较小的RNA适配体的类抗性基因作用,用于优化载体载量和扩展目的基因片段。【方法】基于tRNA支架在体内富集表达RNA适配体,筛选验证氨基糖苷类抗生素新霉素B的RNA适配体的抗性作用。【结果】构建tRNA支架重组RNA表达载体并进行体内筛选,得到A Site和Avirus这2个RNA适配体分子,能够耐受新霉素B浓度为19μg/mL(固体培养基)和30μg/mL(液体培养基)。【结论】RNA适配体可发挥类抗性基因的功能,本文策略有望用于抗性基因的优化,缩小质粒载体载量,为分子克隆技术提供新的手段。     

综述: 新型长链非编码RNA(lncRNA)的生物信息学研究进展

非编码RNA (noncoding RNA,ncRNA)是指不被翻译成蛋白质的一类RNA,近几年来关于它们的功能研究越来越引起人们的重视．现在已经发现了一些中小型ncRNA,比如microRNA、snoRNA、tRNA等,但是关于长ncRNA(lncRNA)的研究还不够完善．本篇综述回顾了 ncRNA特别是 lncRNA的生物信息学研究进展,包括它们的研究历程、基本特点、与疾病的关系,以及对已有的预测非编码RNA的计算机方法进行了分析和比较,并且介绍了利用机器学习模型整合新一代高通量测序数据的方法．     

核仁小RNA源性小RNA

最新研究结果表明,一些与RNA介导基因沉默相关的小RNA由核仁小RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)加工产生,这种小RNA被称为核仁小RNA源性小RNA(snoRNA derived small RNA,sdRNA)。sdRNA现象分布物种广;涉及的snoRNA种类全,数量多;产生的小RNA分子大小不一、数量、种类多。表明这种小RNA在生物中存在着广泛的普遍性。sdRNA的发现拓展了snoRNA的功能,揭示了snoRNA与RNA介导的基因沉默之间的紧密关系,增强了snoRNA在RNA调控网络中的重要性,并为进一步研究RNA调控网络开启了一扇门。     

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。     

哺乳动物中作用于非编码RNA的RNA编辑研究进展

RNA编辑是RNA转录过程中序列变化而引起的一种基因动态调控机制。腺苷脱氨酶（adenosine deaminases acting on RNA, ADAR）参与RNA编辑,将双链RNA中腺苷残基（A）转化为肌苷（I）,接着被转录和拼接成鸟苷（G）。由ADAR催化,作用于RNA的A-I型RNA编辑是人类最常见的转录后修饰。近年来,这种修饰不仅存在于编码RNA中,在非编码RNA（noncoding RNA, ncRNA）中也逐渐被发现,如microRNA（miRNA）、小分子干扰RNA（siRNA）、转运RNA（tRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）。这种修饰可能通过对microRNA和mRNA之间结合位点创造或破坏,进而影响ncRNA的生物起源、稳定性和靶向识别功能。目前,对这种生物现象的机制及ADAR底物,尤其是在ncRNA中的特性仍然没有得到充分的认识。主要对哺乳动物中ncRNA上的RNA编辑进行总结,并列举一些阐明其生物学功能的计算方法。     

RNA二级结构的最小自由能算法

RNA(即tRNA,rRNA,mRNA和SnRNA)有两大主要功能：一是某些病毒的遗传物质;二是参与蛋白质的合成,这些与细胞分化、代谢、记忆的储存等有重要关系,这些功能与RNA二级结构的稳定性。自由能密切相关．常用的计算自由能的方法有热力学微扰法及热力学微积分法等．本文以寻找最小自由能二级结构为目的,给出了RNA二级结构的最小自由能算法,该算法的时间复杂性不超过O(n^4)。