第七章 RNA遺傳

1、2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院1 生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 陳建興陳建興2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院2第七章第七章 RNA遺傳遺傳誰是誰誰是誰的模板的模板? ?ProteinDNARNA 反轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)后，中心法則中反轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)后，中心法則中RNARNA再不是再不是過去的中間環(huán)節(jié)，而是具有與過去的中間環(huán)節(jié)，而是具有與DNADNA同等地位的同等地位的遺傳模板。遺傳模板。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院3基因占據(jù)生物學(xué)的中心舞臺(tái)已經(jīng)數(shù)基因占據(jù)生物學(xué)的中心舞臺(tái)已經(jīng)數(shù)十年。但是最近的工作提出，雖然十年。但是最近的工作提出，雖然基因經(jīng)常是掛牌的名角（基因經(jīng)常是掛牌的名角（star

2、billing），可它們更像一些木偶），可它們更像一些木偶（puppets）。各種蛋白質(zhì)，有時(shí)）。各種蛋白質(zhì)，有時(shí)是是RNAs，在拉著線（，在拉著線（strings），），告訴基因在何時(shí)何地打開或關(guān)閉。告訴基因在何時(shí)何地打開或關(guān)閉。 Pennisi 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院47.1 RNA世界世界生命早期的遺傳物質(zhì)生命早期的遺傳物質(zhì) RNA世界假說(RNA world hypothesis)認(rèn)為在生命進(jìn)化早期沒有DNA和蛋白質(zhì)，某些RNA序列可以催化RNA的復(fù)制。也就是說，RNA是生命早期的唯一遺傳物質(zhì)，它是生命的源頭。在RNA遺傳的基礎(chǔ)上，才有了后來的DNA與蛋白質(zhì)體系。202

3、2-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院5 Biologists hypothesize that early in lifes history, RNA occupied center stage and performed most jobs in the cell, storing genetic information, copying itself, and performing basic metabolic functions. This is the RNA world hypothesis. Today, these jobs are performed by many differ

4、ent sorts of molecules (DNA, RNA, and proteins, mostly), but in the RNA world, RNA did it all. 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院6 事實(shí)上，事實(shí)上，RNARNA的遺傳作用并未在的遺傳作用并未在生命的進(jìn)化中消失，在一定的程生命的進(jìn)化中消失，在一定的程度上，度上，RNARNA仍在支配著仍在支配著DNADNA與與蛋白質(zhì)的命運(yùn)。蛋白質(zhì)的命運(yùn)。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院7某種某種RNARNA分子能夠催化分子能夠催化RNARNA復(fù)制中的多復(fù)制中的多聚化聚化 Johnston W. K.等的工作證

5、明某種RNARNA分子確實(shí)能夠催化分子確實(shí)能夠催化RNARNA復(fù)制中的多聚復(fù)制中的多聚化化。它使用NTP及RNA模板的編碼信息使RNA引物(RNA primer)持續(xù)增加14個(gè)核苷酸的長(zhǎng)度，等于RNA螺旋的一圈。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院8 這種多聚化是RNA模板依賴的，是按照引物的序列、長(zhǎng)度，以及RNA模板的信息進(jìn)行的，證明了引物的3是在與RNA模板逐一地、嚴(yán)格地配對(duì)的情況下進(jìn)行的。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院92022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院10 結(jié)果，多聚化過程是逼真的；在引物被擴(kuò)展11個(gè)核苷酸的情況下，對(duì)此等序列進(jìn)行了克隆和序列分析，在1100個(gè)樣品中有10

6、88個(gè)是與模板準(zhǔn)確匹配的。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院11(B) 含有含有l(wèi)igase ribozyme的隨機(jī)的隨機(jī)RNA序列備用池。序列備用池。(C）round-10 ribozyme, (D) round-18 ribozyme(A) ribozyme能促進(jìn)有能促進(jìn)有限的限的RNA多聚化。它多聚化。它使用使用NTPs及適當(dāng)模板及適當(dāng)模板(3XXXXXXXXXAUAUCGG5）的編碼信）的編碼信息來擴(kuò)展息來擴(kuò)展RNA引物引物(5 XXXXXX3）。）。Ribozyme能使用四種能使用四種RNA核苷酸中的任何核苷酸中的任何一種（以一種（以X表示）來表示）來使引物與模板配對(duì)。使引物與模

7、板配對(duì)。但是，但是，模板的模板的5區(qū)必區(qū)必須與須與Ribozyme的的3區(qū)區(qū)配對(duì)才能發(fā)揮配對(duì)才能發(fā)揮Ribozyme的作用。的作用。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院12變性膠電泳變性膠電泳2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院13 從上述可知，W. K. Johnston等所描述的RNA復(fù)制雖然效率不高，卻是真正的RNA自我復(fù)制。因?yàn)樗幌馜NA復(fù)制那樣，需要許多蛋白質(zhì)酶來進(jìn)行加工。而這里的RNA復(fù)制，它不需要任何的蛋白質(zhì)，完全由RNA酶(ribozymes)及RNA模板完成。 而通常的DNA/RNA病毒的復(fù)制（繁殖）以及細(xì)胞的DNA復(fù)制都不是由純粹的DNA或RNA系統(tǒng)完成的。因此，RN

8、ARNA無疑地是一種分子無疑地是一種分子模板模板。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院147.2 RNA7.2 RNA干涉干涉RNA Interference ( RNAi ) RNAi是一種轉(zhuǎn)錄后的基因沉默現(xiàn)象(post-transcriptional gene silencing，PTGS)。 RNAi是dsRNA觸發(fā)細(xì)胞質(zhì)中與其同源的mRNA的降解，或在細(xì)胞核中dsRNA誘導(dǎo)同源的DNA甲基化而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平上的沉默。 RNAi在生物體內(nèi)普遍存在,是抵御外在感染的重要保護(hù)機(jī)制。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院15RNAi的的發(fā)展歷程發(fā)展歷程 1995，RNAi現(xiàn)象首次在線蟲中發(fā)現(xiàn)。

9、現(xiàn)象首次在線蟲中發(fā)現(xiàn)。Cell，1995 ，81：611-620 1998，RNAi概念的首次提出概念的首次提出。Nature, 1998, 391（6669）：806 1999，RNAi作用機(jī)制模型提出。作用機(jī)制模型提出。Cell，2000，101（1）：）：25-33 在線蟲、果蠅、擬南芥及斑馬魚等多種生物內(nèi)發(fā)現(xiàn)在線蟲、果蠅、擬南芥及斑馬魚等多種生物內(nèi)發(fā)現(xiàn)RNAi現(xiàn)象。現(xiàn)象。 2001，RNAi技術(shù)成功誘導(dǎo)培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因沉默現(xiàn)象。技術(shù)成功誘導(dǎo)培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因沉默現(xiàn)象。Nature，2001，411（6836）：）：494498 RNAi技術(shù)被技術(shù)被Science評(píng)為評(píng)為200

10、1年度的十大科技進(jìn)展之一。年度的十大科技進(jìn)展之一。 2002至今，有關(guān)至今，有關(guān)RNAi的研究蓬勃開展，是分子生物學(xué)領(lǐng)域最為的研究蓬勃開展，是分子生物學(xué)領(lǐng)域最為熱門的方向之一。熱門的方向之一。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院162006年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者：年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者：2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院17 C. elegans life cycle at 22C (artwork by Altun and Hall, Wormatlas) 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院18 RNA interference (RNAi) or Post-Transcr

11、iptional Gene Silencing (PTGS) is a conserved biological response to dsRNA that mediates resistance to both endogenous parasitic and exogenous pathogenic nucleic acids, and regulates the expression of protein-coding genes. 7.2.1 RNAi的分子機(jī)制的分子機(jī)制2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院19預(yù)備知識(shí) dsRNA：雙鏈：雙鏈RNA，包含有義鏈和反義鏈包含有義鏈和反

12、義鏈 Dicer：屬于屬于RNase III 家族，是家族，是dsRNA的特的特異性核酸內(nèi)切酶。異性核酸內(nèi)切酶。 siRNA：small interfering RNA ，RNAi的關(guān)的關(guān)鍵效應(yīng)分子，鍵效應(yīng)分子，21-23個(gè)個(gè)nt大小的雙鏈大小的雙鏈RNA。 RISC：RNA-inducing silencing complex，具具有核酸內(nèi)切、外切以及解旋酶活性。有核酸內(nèi)切、外切以及解旋酶活性。 RdRP：RNA-dependent RNA polymerases，是是RNAi的調(diào)節(jié)因子，的調(diào)節(jié)因子，使使RNAi可以在生物體可以在生物體內(nèi)傳遞。內(nèi)傳遞。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院2

13、0http:/ (微小分子微小分子RNA, miRNA) miRNA是是一類分布廣泛的一類分布廣泛的內(nèi)源性內(nèi)源性不編碼蛋白質(zhì)的不編碼蛋白質(zhì)的短序列短序列RNA分子，大約由分子，大約由2125個(gè)核苷酸組成，成熟的個(gè)核苷酸組成，成熟的miRNA 5端有一磷酸基團(tuán)端有一磷酸基團(tuán), 3端為羥基。端為羥基。 過去過去miRNA曾被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)多余的垃圾曾被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)多余的垃圾RNA，但，但現(xiàn)在認(rèn)現(xiàn)在認(rèn)為它們是調(diào)控真核細(xì)胞基因表達(dá)的關(guān)鍵分子為它們是調(diào)控真核細(xì)胞基因表達(dá)的關(guān)鍵分子，影響著多種，影響著多種細(xì)胞生物現(xiàn)象。細(xì)胞生物現(xiàn)象。 miRNA 的的表達(dá)具有組織和時(shí)期特異性表達(dá)具有組織和時(shí)期特異性, 而且其

14、中一些基因而且其中一些基因在進(jìn)化上有很高的保守性。許多證據(jù)表明在進(jìn)化上有很高的保守性。許多證據(jù)表明miRNA在細(xì)胞中在細(xì)胞中起著調(diào)控基因表達(dá)的重要作用。起著調(diào)控基因表達(dá)的重要作用。 2002年美國(guó)年美國(guó)Science雜志評(píng)出的年度十大科技突破中雜志評(píng)出的年度十大科技突破中, miRNA的發(fā)現(xiàn)名列榜首。目前的發(fā)現(xiàn)名列榜首。目前miRNA已成為生命科學(xué)領(lǐng)域已成為生命科學(xué)領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。研究的一大熱點(diǎn)。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院232022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院242022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院25In plants, RNAi forms the basis of

15、virus-induced gene silencing (VIGS), suggesting an important role in pathogen resistance. In mammalian cells long (30nt) dsRNAs usually cause Interferon response.Endogenous triggers of RNAi pathway include foreign DNA or dsRNA of viral origin, aberrant transcripts from repetitive sequences in the ge

16、nome such as transposons, and pre-microRNA (miRNA). 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院26The siRNA is unwound during RISC assembly and the single-stranded RNA hybridizes with mRNA target. Gene silencing is a result of nucleolytic degradation of the targeted mRNA by the RNase H enzyme Argonaute (Slicer). If the siRN

17、A/mRNA duplex contains mismatches the mRNA is not cleaved. Rather, gene silencing is a result of translational inhibition. A simplified model for the RNAi pathway is based on two steps, each involving ribonuclease enzyme. In the first step, the trigger RNA (either dsRNA or miRNA primary transcript)

18、is processed into an short, interfering RNA (siRNA) by the RNase II enzymes Dicer and Drosha. In the second step, siRNAs are loaded into the effector complex RISC. 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院27Gisela Storz, Science, 296(5571):1263-1265, 2002.“異常的異常的”“外源的外源的” “病毒的病毒的” “轉(zhuǎn)位子的轉(zhuǎn)位子的”內(nèi)切酶內(nèi)切酶次級(jí)次級(jí)RNAi引發(fā)的基因沉默機(jī)制線蟲、真菌線蟲

19、、真菌和植物和植物 果蠅和哺乳動(dòng)物細(xì)胞果蠅和哺乳動(dòng)物細(xì)胞 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院287.2.2 RNAi 的分子生物學(xué)特性的分子生物學(xué)特性RNAi是siRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默。特異性，由dsRNA誘導(dǎo)的RNAi只引起與dsRNA同源的靶向mRNA（外顯子序列）的降解，不影響其它基因的表達(dá)，具有較高的特異性。高效性，RNAi比反義RNA更有效，極低濃度的siRNA就能完全抑制基因表達(dá)；傳統(tǒng)的基因敲除技術(shù)，一次只能研究一個(gè)基因，而利用RNAi技術(shù)一次設(shè)計(jì)多個(gè)基因的dsRNA，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)基因的沉默。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院29 RNAi作用具有可傳遞性，

20、RNAi信號(hào)可以在生物體內(nèi)傳遞。在植物中，RNAi信號(hào)可以通過胞間連絲或維管組織在細(xì)胞間傳遞；而在動(dòng)物中，RNAi信號(hào)的擴(kuò)散需要特殊蛋白參與，在膜上形成跨膜通道而傳播到整個(gè)機(jī)體。 RNAi性狀是可以表觀遺傳的。RNAi一旦啟動(dòng)，即使在缺乏內(nèi)源靶基因的情況下，雄性生殖細(xì)胞也能夠傳遞RNAi。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院307.2.3 RNAi的研究方法及應(yīng)用的研究方法及應(yīng)用 siRNA的制備方法的制備方法v體外制備體外制備 -化學(xué)合成化學(xué)合成siRNA -體外轉(zhuǎn)錄合成體外轉(zhuǎn)錄合成siRNA -用用RNase 消化長(zhǎng)消化長(zhǎng)片段片段dsRNA得到得到siRNAv體內(nèi)表達(dá)體內(nèi)表達(dá) -利用質(zhì)粒

21、或病毒利用質(zhì)?；虿《据d體表達(dá)載體表達(dá)siRNA 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院31Plasmid ApproachAmbion Inc. Austin, Texas, USA2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院322022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院33 使用線蟲（C. elegant）做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以注射dsRNA或把蟲子泡在含有dsRNA的溶液中，或者喂以正在表達(dá)有義及反義RNA的微生物。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院34RNAi技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 RNAi can be triggered experimentally by exogenous introductio

22、n of dsRNA or constructs which express shRNAs. The high degrees of efficiency and specificity are the main advantages of RNAi. Consequently, RNAi is used in functional genomics (systematic analysis of loss-of-function phenotypes induced by RNAi triggers) and developing therapies for the treatment of

23、 viral infection, dominant disorders, neurological disorders, and many types of cancers (in vivo inactivation of gene products linked to human disease progression and pathology). 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院35 This natural mechanism for sequence-specific gene silencing promises to revolutionize experimental

24、biology and may have important practical applications in functional genomics, therapeutic intervention, agriculture and other areas. 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院36 基因功能研究基因功能研究 對(duì)特定基因進(jìn)行功能喪失或降低突對(duì)特定基因進(jìn)行功能喪失或降低突變，以確定其功能。變，以確定其功能。 基因治療基因治療 -病毒感染，病毒感染，HIVHIV病毒、肝炎病毒等病毒、肝炎病毒等 -腫瘤疾病，將腫瘤疾病，將siRNAsiRNA導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞 其它應(yīng)用

25、其它應(yīng)用 -植物代謝植物代謝 -細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院372004年，年，RNAi在罌粟中成功應(yīng)用。在罌粟中成功應(yīng)用。可 待 因 酮可 待 因 酮 （ c o d e i n e ） 與） 與 嗎 啡嗎 啡（morphine）具有共同的前體分子）具有共同的前體分子(S)-網(wǎng)狀香荔枝堿網(wǎng)狀香荔枝堿（reticuline），這），這種生物堿種生物堿治療瘧疾治療瘧疾等疾病很有功效。等疾病很有功效。植物代謝植物代謝采用采用RNAi技術(shù)抑制可待因酮還原酶技術(shù)抑制可待因酮還原酶基因家族中所有基因的表達(dá)，使基因家族中所有基因的表達(dá)，使(S)-網(wǎng)狀香荔枝堿和甲

26、基網(wǎng)狀香荔枝堿和甲基-(S)-網(wǎng)狀香荔枝網(wǎng)狀香荔枝堿大量積聚。堿大量積聚?；蚋牧际估浰诓划a(chǎn)嗎啡改治病基因改良使罌粟不產(chǎn)嗎啡改治病，為，為增加植物中高藥用價(jià)值的生物堿產(chǎn)量增加植物中高藥用價(jià)值的生物堿產(chǎn)量提供了成功的案例。提供了成功的案例。Nat Biotechnol，2004，22（12）：1559-15662022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院38RNAi的研究方法 http:/http:/ / http:/ http:/ / http:/ 寶生物工程寶生物工程 ( (大連大連) ) 有限公司有限公司 ( (大連大連TaKaRaTaKaRa公司公司) ) Silencer Select si

27、RNAs High Performance, NaturallyLipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院397.3 RNAi對(duì)基因表達(dá)的作用對(duì)基因表達(dá)的作用7.3.1 RNAi是對(duì)基因組的基因表達(dá)的反饋是對(duì)基因組的基因表達(dá)的反饋 RNAiRNAi途徑的作用不僅限于通過途徑的作用不僅限于通過RNAiRNAi使使mRNAmRNA沉默；沉默； 在在裂殖裂殖酵母酵母中，中，RNAiRNAi是裝配著絲點(diǎn)和使配對(duì)型區(qū)是裝配著絲點(diǎn)和使配對(duì)型區(qū)(mating-type region)(mating-type region)異染

28、色質(zhì)化所必需的，即常染異染色質(zhì)化所必需的，即常染色質(zhì)可因色質(zhì)可因RNAiRNAi的作用而形成異染色質(zhì)。的作用而形成異染色質(zhì)。 一個(gè)一個(gè)RNARNA引導(dǎo)的基因組的變化，實(shí)際上是引導(dǎo)的基因組的變化，實(shí)際上是RNARNA信號(hào)、信號(hào)、DNADNA甲基化及組蛋白修飾之間的全面的相互作用。甲基化及組蛋白修飾之間的全面的相互作用。 現(xiàn)已明確，現(xiàn)已明確，RNARNA從基因組轉(zhuǎn)錄下來后能夠反饋回去修從基因組轉(zhuǎn)錄下來后能夠反饋回去修飾基因組。這些修飾作用可以通過細(xì)胞分裂遺傳下去飾基因組。這些修飾作用可以通過細(xì)胞分裂遺傳下去并影響發(fā)育過程。并影響發(fā)育過程?！癹unk DNA”junk DNA”主要由轉(zhuǎn)位子及其碎主要

29、由轉(zhuǎn)位子及其碎片組成，這些序列片段是調(diào)控細(xì)胞分化與著絲粒功能片組成，這些序列片段是調(diào)控細(xì)胞分化與著絲粒功能的小的小RNARNA片段的來源。片段的來源。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院407.3.2 RNAi引導(dǎo)的同源引導(dǎo)的同源RNA降解降解 PTGS/RNAi現(xiàn)象的本質(zhì)本質(zhì)是不能正確地表達(dá)的基因產(chǎn)物（如不能正確終止或加polyA尾巴的mRNA）對(duì)基因的反饋調(diào)控。 既然該基因已不能正確地表達(dá)信息（可能是細(xì)胞質(zhì)環(huán)境的改變），就應(yīng)該使它沉默。這種沉默不是DNA本身的突變，而是表觀的基因沉默（epigeneticgenesilencing）。 這種表觀的基因沉默是遺傳的。這是一種對(duì)基因表達(dá)環(huán)境的

30、一種可遺傳的適應(yīng)。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院417.3.3 RNAi引導(dǎo)的同源引導(dǎo)的同源DNA修飾修飾 RNA引導(dǎo)的同源DNA序列的C從頭（de novo）甲基化是首次在類病毒感染轉(zhuǎn)基因植物中發(fā)現(xiàn)的。隨后，又在非病原的植物系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。 RNA指導(dǎo)的DNA甲基化如同降解同源RNA一樣，需要把dsRNA裂解為小的RNA。只有與引導(dǎo)RNA（guideRNA）互補(bǔ)的DNA序列才能被甲基化，說明這是一個(gè)RNA-DNA相互作用的過程。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院427.4 RNA7.4 RNA編輯編輯（RNA editing） RNA編輯編輯是指轉(zhuǎn)錄后的是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生

31、堿基的插入在編碼區(qū)發(fā)生堿基的插入(insertion)、刪除、刪除(deletion)或替換或替換(substitution)等現(xiàn)象。等現(xiàn)象。 1986年年R. Benne在研究在研究錐蟲錐蟲線粒體線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄加工時(shí)發(fā)現(xiàn)mRNA的多個(gè)編碼位置上的多個(gè)編碼位置上插入或刪除了尿苷酸插入或刪除了尿苷酸(U)。錐蟲線。錐蟲線粒體中轉(zhuǎn)錄的許多粒體中轉(zhuǎn)錄的許多RNA均缺少成熟均缺少成熟RNA中存在的核苷酸。中存在的核苷酸。 1990年在高等動(dòng)物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了年在高等動(dòng)物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了RNA編輯現(xiàn)象。編輯現(xiàn)象。 RNA編輯是在編輯是在RNA的水平的水平改變遺傳信息的，而且往往會(huì)增改變

32、遺傳信息的，而且往往會(huì)增加一些原來加一些原來DNA模板中不曾編碼的堿基。模板中不曾編碼的堿基。 RNA編輯同編輯同RNA選擇剪接選擇剪接 (alternative splicing)一樣，使得一樣，使得一個(gè)基因序列有可能產(chǎn)生幾種不同的蛋白一個(gè)基因序列有可能產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)。質(zhì)。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院43Several types of mRNA editing involving base substitutions can significantly alter the polypeptide products encoded by the RNA sequences.起

33、始密碼起始密碼氨基酸的變化氨基酸的變化終止密碼終止密碼沉默編輯沉默編輯2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院44Functional consequences of RNA editing2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院45模糊基因模糊基因 ( cryptogenes ) SimpsonSimpson與與ShawShaw把被把被RNARNA編輯的基因稱之為模糊基因，編輯的基因稱之為模糊基因，也稱也稱為為“隱秘基因隱秘基因”，并并把把模糊基因分為三種類型：模糊基因分為三種類型：類型類型：內(nèi)部編輯的模糊基因：內(nèi)部編輯的模糊基因。如如coxcox，只在其轉(zhuǎn)錄，只在其轉(zhuǎn)錄 本的蛋白質(zhì)編碼區(qū)內(nèi)部進(jìn)

34、行編輯。本的蛋白質(zhì)編碼區(qū)內(nèi)部進(jìn)行編輯。類型類型：5 5端編輯的模糊基因端編輯的模糊基因。如。如CYbCYb等，等，只在其轉(zhuǎn)錄本只在其轉(zhuǎn)錄本的的5 5端蛋白質(zhì)編碼區(qū)內(nèi)進(jìn)行編輯。端蛋白質(zhì)編碼區(qū)內(nèi)進(jìn)行編輯。類型類型：泛編輯的模糊基因：泛編輯的模糊基因(pan-edited cryptigenes)(pan-edited cryptigenes)。如如coxcox泛編輯（泛編輯（PanPan editingediting）。）。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院46Figure 7.17 The mRNA for the trypanosome coxII gene has a -1 frames

35、hift relative to the DNA; the correct reading frame is created by the insertion of 4 uridines. 錐蟲（錐蟲（trypanosome）線粒體的線粒體的cox 基因基因移碼移碼2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院47Figure 7.18 Part of the mRNA sequence of T. brucei cox shows many uridines that are not coded in the DNA (shown in red) or that are removed from t

36、he RNA (shown as T).在錐蟲在錐蟲cox mRNA mRNA上上158158個(gè)位點(diǎn)插入了個(gè)位點(diǎn)插入了394394核苷酸；在核苷酸；在9 9個(gè)位點(diǎn)個(gè)位點(diǎn)刪去了刪去了1818個(gè)尿苷酸，實(shí)際增加了個(gè)尿苷酸，實(shí)際增加了376376個(gè)核苷酸，使個(gè)核苷酸，使coxcox的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度增加了增加了55%55%，因此，因此coxIIIcoxIII的基因比成熟的的基因比成熟的mRNAmRNA小了很多，故稱小了很多，故稱其其隱秘基因隱秘基因或或模糊基因模糊基因。錐蟲錐蟲線粒體的線粒體的cox 基因基因 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院48RNA編輯的酶切模型編輯的酶切模型（Simpson m

37、odel）Figure 7.21 Addition or deletion of U residues occurs by cleavage of the RNA, removal or addition of the U, and ligation of the ends. The reactions are catalyzed by a complex of enzymes under the direction of guide RNA. 細(xì)胞可在那些從隱秘基因轉(zhuǎn)錄的細(xì)胞可在那些從隱秘基因轉(zhuǎn)錄的前體前體RNARNA分子分子中插入許多中插入許多U U核苷酸，核苷酸，由由指導(dǎo)指導(dǎo)RNARNA

38、（guide RNAguide RNA）規(guī)定插規(guī)定插入的位置。入的位置。 指導(dǎo)指導(dǎo)RNARNA（RNARNA編輯的模板）編輯的模板）都比都比較短，可與前體較短，可與前體RNARNA堿基配對(duì)，堿基配對(duì)，并在相對(duì)于插入的位置含有腺苷并在相對(duì)于插入的位置含有腺苷酸（酸（A A）。）。2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院49RNA編輯的轉(zhuǎn)酯模型編輯的轉(zhuǎn)酯模型（Cech model）1991年年Cech等又提出等又提出了以了以gRNA和被編輯前和被編輯前體體RNA配對(duì)，配對(duì)，由寡聚由寡聚U進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的模型。的模型。 2022-4-30赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院50RNARNA編輯具有以下特點(diǎn)編輯具有以下特點(diǎn) (1) RNA(1) RNA編輯從病毒到原生動(dòng)物到哺乳動(dòng)物以至植物，從編輯從病毒到原生動(dòng)物到哺乳動(dòng)物以至植物，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄本到細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)錄本，細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄本到細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)錄本，普遍存在于生命界的各種普遍存在于生命界的各種遺傳系統(tǒng)中遺傳系統(tǒng)中。 (2) RNA(2) RNA編輯對(duì)基因的加工幅度可大于序列的編輯對(duì)基因的加工幅度可大于序列的5050；它通；它通過對(duì)