当前课程知识点：分子生物学 > 第十章 长链非编码RNA > 第1节 长链非编码RNA > 长链非编码RNA
各位同学大家好
我是来自中南大学肿瘤研究所的熊炜
今天咱们跟大家讲一讲
分子生物学这门课程中的长链非编码RNA
我们知道人类基因组计划
是目前人类科学史上最重大的科学工程之一
也是到目前为止生物医学领域最重要的进展
那么在人类基因组计划最开始提出的时候
科学家们推测人类基因组当中的基因
当时主要是讲蛋白编码基因
预测应该是5到10万个
但当真正人类基因组计划测试完成以后
人们通过各种分析手段发现
人类基因组中蛋白编码基因仅仅就两万多个
同时在人类基因组3乘以10的9次方个碱基对当中
全部的蛋白编码
基因的所有的外显子
仅仅占人类基因组序列的1%到3%
也就是说在我们的人类基因组当中
用来编码蛋白的基因的序列只有1%到3%左右
那么还有97%到99%
序列的干什么去了呢
有什么用呢
之前人们确实很不清楚
这些序列曾经一度认为
可能是人类基因组在进化当中产生的一些“垃圾”
后面发现这些序列可能有很重要的作用
不能当做“垃圾”
但是功能不清楚
所以被命名为基因组中的“暗物质”
在2010年的时候
Science杂志出版了一本专刊
专门介绍在21世纪
前十年科学领域的重大的突破
解析基因组当中的“暗物质”
就被列入首位
那么这一个解析基因组中间的暗物质
最主要是得益于2006年开始
由美国国立基因组研究所所启动的
一个叫做DNA元件的百科全书计划
简称ENCODE的计划
这个ENCODE计划到2012年的时候基本上完成
并把它的研究成果
在Nature上面发了一本专刊
这本专刊上介绍ENCODE的主要成果
其中有这么一条就是发现
人类基因组中大部分的基因组DNA是可以转录的
也就是人类基因组中
当时这个报道是至少75%以上
甚至更多的DNA序列是可以用来转录成RNA的
而我们刚才提到蛋白编码基因的全部外显子
或者是全部用来编码蛋白质的序列
仅仅占人类基因组1%到3%
我们就得出一个结论
人类基因组DNA大部分是可以转录成RNA的
而大部分RNA不是用来编码蛋白质的
这些不用来编码蛋白质的RNA序列
我们叫做非编码RNA
也就是non-coding RNA
而我们今天跟大家讲的就是长链非编码RNA
长链非编码RNA是什么概念
就是我们在基因组的转录产物
或者是一个细胞内的所有的RNA序列当中
有长的有短的
我们把长度超过两百个碱基
缺少或者是没有明显的开放阅读框
也就是它不会编码蛋白质
或者是说我们预测是最长的
开放阅读框小于300个碱基
或者是预测出来它可能的
编码的多肽小于100个氨基酸残基
这些RNA我们认为是不编码蛋白的
我们就把它定义为长链非编码RNA
当然这里面有一个问题就是
尽管这个标准是生物信息学
相关的专家定的这么一个标准
但是目前已经有很多研究表明
我们之前认为的长链非编码RNA
其实有一部分是可以编码一些比如说小于
100个氨基酸的小肽
而这些小肽有很重要的生物学作用
长链非编码RNA
可以用于编码小肽来发挥生物学作用
目前也是研究的一个热点
那么我们又有一个问题
那就是我们
为什么要区分
长的和短的非编码RNA呢
我想这里面最主要的原因就是
长的和短的非编码RNA
它们发挥生物学功能的机制不一样
我们最常见的短的非编码RNA
比如说miRNA
比如说siRNA等等
它们发挥作用主要是基于碱基互补配对的原则
这是一个miRNA
调控靶基因的一个例子
这下面是一个miRNA序列
上面是某一个它能够调控的靶基因
的3'非翻译区的序列
我们知道这些miRNA
通过碱基互补配对的原则
结合到这个靶基因
的mRNA 3'非翻译区上面
然后就有可能会抑制靶基因的蛋白的翻译
或者是诱导靶基因mRNA的降解从而调控靶基因表达
而长的非编码RNA最主要是通过形成三维结构
发挥生物学功能
这么说有依据吗
我们认为是有的
大家在教科书上就学过
核糖体转运RNA或者叫tRNA
虽然它只有70到90个碱基
但是我们在教科书都学过
它可以形成稳定的像
三叶草一样的这样的二级结构
这是它的三级结构
它们可以形成一个稳定的三维结构
而发挥其生物学作用
这就是它的结构的示意图
而真正用于碱基互补配对的只有它的三个反密码子
其它的序列是用于形成这么一个结构
去搬运氨基酸残基用于蛋白质的翻译
关于长链非编码RNA
发挥生物学功能的几种可能的机制
目前的研究表明
有以下这么几种
第一种可能是非编码RNA
有可能结合到蛋白编码基因的启动子区域
通过干扰RNA多聚酶的招募
或者影响染色质重塑
从而抑制
或者增强下游基因的表达
那么这一方面又有四种可能的机制
第一种是作为一个信号
第二种作为一个诱饵
第三种作为一个引导者
第四种是作为一个脚手架
具体来说
比如说这是一个蛋白编码基因的序列
这个地方是启动子
某个长链非编码RNA
有可能会通过某种方式结合到启动子区域
从而有这么一个信号
诱导相关的核转录因子结合过来
从而启动下游基因的转录
那么也有一些长链非编码RNA
它可能会作为一个诱饵
诱导或者说是诱骗
或者是招募相应的转录因子结合上去
从而使结合到目的基因上的核转录因子少了
从而抑制下游基因表达
也有可能某个核转录因子
它本来不能够识别启动子的区域
但是由于长链非编码RNA存在
能够作为一个引导者
把相应的转录因子引导过来
从而影响下游基因的表达
还有一种情况就是本来两个转录因子
它们之间不能够结合到一起
有一个长链非编码RNA
作为一个媒介或者说作为一个脚手架
把这两个核转录因子结合到一起
从而启动下游基因的转录
长链非编码RNA基因
发挥生物学功能的第二种可能是
我们这里有个例子
有的长链非编码RNA基因
它和蛋白编码基因可能就位于相同的DNA区段上面
只不过位于相反的两条链上
反义链上的这一条长链非编码RNA
它有可能在转录成RNA以后和对面
蛋白编码基因有某些互补配对的序列
而这种互补配对的序列
它会影响蛋白编码基因的转录本形成
干扰RNA的剪切
从而使蛋白编码基因产生不同的剪切形式
我们知道一个mRNA它有不同的转录本
是由于不同的外显子的剪接加工的不同
翻译的蛋白质的序列就可能不一样
而这种序列不一样就有可能导致
蛋白的功能不同
甚至有可能有完全相反的功能
下面一种可能的机制就是
同样是这个反义链上的长链非编码RNA
它有可能与它互补链上的mRNA
形成内源性的干扰RNA
从而促使靶基因的降解
当然还有一种可能就是我们刚才提到
有的长链非编码RNA可以通过招募到
目的基因的启动子区域
然后影响下游基因的转录调控
还有的长链非编码RNA
它本身就可以通过结合到特定蛋白质上
调节蛋白的活性
或者作为一种结构组份
与蛋白质形成一个蛋白核酸复合体
作为一个复合体发挥作用
另外还有一种就是它们可能改变
特定蛋白的亚细胞定位
从而影响这个蛋白的功能和活性
最后一种可能的机制是有的
长链非编码RNA它本身
就可以作为小RNA的前体
比如说有些长链非编码RNA
我们发现它就是可以用来编码一些小的miRNA
而我们刚才提到过
这些miRNA可以通过与靶基因的结合
而影响靶基因的表达
那么通过这么一些途径
我们认为
长链非编码RNA已经广泛地
参与了细胞内的基因表达调控
从而具有很重要的功能
从而也就是目前生物医学研究领域的
一个新的前沿和热点
关于长链非编码RNA的内容我们就讲到这里
谢谢大家
-第1节 分子生物学的定义
--分子生物学的定义
-第2节 分子生物学的主要研究内容
-第3节 分子生物学发展简史与学习方法
-第一章 测试
-第一章 课件
--第一章 课件
-第1节 染色体
--染色体
-第2节 染色体病与染色体畸变
-第3节 常染色体病
--常染色体病
-第4节 性染色体病
--性染色体病
-第二章 测试
-第二章 课件
--第二章 课件
-第1节 细胞凋亡概述
--细胞凋亡概述
-第2节 细胞凋亡的分子机制
-第3节 细胞凋亡与疾病
--细胞凋亡与疾病
-第4节 细胞凋亡的检测
--细胞凋亡的检测
-第三章 测试
-第三章 课件
--第三章 课件
-第1节 单基因病的概念
--单基因病的概念
-第2节 常染色体显性/隐性遗传病
-第3节 X连锁显性/隐性遗传病
-第4节 Y连锁遗传病
--Y连锁遗传病
-第四章 测试
-第四章 课件
--第四章 课件
-第1节 基因的概念和组构
--基因的概念和组构
-第2节 基因分型
--基因分型
-第3节 基因组
--基因组
-第五章 测试
-第五章 课件
--第五章 课件
-第1节 基因结构与功能的生物信息学分析原理
-第2节 基因启动子及调控序列的结构分析方法
-第3节 基因编码区结构分析方法
-第4节 基因功能分析方法
--基因功能分析方法
-第六章 测试
-第六章 课件
--第六章 课件
-第1节 DNA甲基化与基因表达的表观遗传调控
-第2节 组蛋白修饰与基因表达的表观遗传调控
-第3节 染色质重塑与基因表达的表观遗传调控
-第七章 测试
-第七章 课件
--第七章 课件
-第1节 基因治疗的策略
--基因治疗的策略
-第2节 基因转移技术
--基因转移技术
-第3节 基因干预
--基因干预
-第4节 基因治疗的应用研究
-第八章 测试
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-第1节 蛋白质分子的折叠
--蛋白质分子的折叠
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--蛋白质分子的定位
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--蛋白质的修饰
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--蛋白质的降解
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--其他组学
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-第1节 PCR技术概述
--PCR技术概述
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--PCR实验要点
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