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miRNA研究解决方案

美国GeneCopoeia公司是目前全球最大的基因和miRNA功能研究材料供应商之一,为客户提供全球最多的人类编码全长蛋白的ORF克隆。这些ORF构建在具有不同特征的多套载体中,使这些克隆易于在多种不同类型的细胞及无细胞转录翻译偶联体系中进行功能分析、蛋白质表达和纯化、大规模功能基因组学和蛋白质组学研究。 GeneCopoeia关注miRNA研究领域多年,基于自身强大的专业技术与完善的基因功能研究 。

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小RNA的合成

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发布日期:2011-01-05 02:25 文章来源:美国GeneCopoeia(复能基因)
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关键词: GeneCopoeia RNAi   点击次数:

4. 各种类型小RNA之间的界限正在不断模糊

正如前面所述,siRNA、miRNA和piRNA这三种小RNA在生物合成途径和细胞功能方面都有所差异。不过,它们之间的这种界限正在不断模糊,因为有研究发现,参与这三类小RNA分子生物合成途径的分子之间具有我们以前未曾了解的复杂的相互作用。对黑腹果蝇组织和体外培养的黑腹果蝇细胞内的小RNA分子进行深度测序研究后,研究人员又发现了一种小RNA分子,这种21nt长的小RNA分子源自黑腹果蝇基因组,它的3'端有甲基化修饰现象。这些内源性的RNA主要由转座子和基因组中的其它几个位点编码。这些位点包括编码天然顺式反义转录体(cis-natural antisense transcript pairs)的基因位点和在茎环结构中包含许多错配序列的长链茎环序列的基因位点。在黑腹果蝇中,含有Dicer蛋白的复合体能够生成exo-siRNA和miRNA。DCR-1蛋白能在dsRNA结合蛋白Loquacious(LOQS)的辅助下生成miRNA,随后这些miRNA会结合到AGO1蛋白上。相反,DCR-2在dsRNA结合蛋白R2D2的辅助下生成exo-siRNA,然后这些exo-siRNA与AGO2蛋白相结合。最近新发现的这些内源性小RNA也和exo-siRNA一样,都经由DCR-2蛋白途径生成,它们同样也能与AGO2蛋白相结合,因此我们管这些小RNA分子叫做endo-siRNA。不过,很多endo-siRNA的生成都需要DCR-1蛋白途径中的LOQS蛋白,而不是在DCR-2蛋白途径中发挥作用的R2D2蛋白。如果黑腹果蝇缺乏DCR-2蛋白或AGO2蛋白,那么细胞内转座子的表达量就会上升,因此我们推测endo-siRNA的主要功能可能就是在不表达piRNA分子的细胞内负责沉默转座子这种“自私基因”。从这个角度来说,endo-siRNA和piRNA是比较类似的。这一发现还表明,黑腹果蝇拥有两条途径来抑制转座子的表达。人们同样在小鼠卵母细胞中发现了endo-siRNA分子,这些小RNA分子来源广泛,能够源自转座子本身,也能够源自功能基因及其同源的假基因之间的重叠区域。这一发现表明,我们一直都认为没有功能的蛋白化石--假基因也能够调控它们“祖先(founder gene)”的表达。

以往我们是按照生成途径而不是大小和功能将小RNA分子分为siRNA和miRNA,但是自从发现了endo-siRNA之后,我们突然觉得很难再区分siRNA和miRNA。这种界限的模糊实际上表明了小RNA分子之间非常奇妙的进化关系。用于生成endo-siRNA的长链茎环结构RNA其实就是植物细胞里的pre-miRNA。有一种理论认为,编码植物细胞miRNA的基因位点可能就是“祖先基因”反向重复之后的产物,这种基因位点就能转录出发夹结构RNA产物。这些发夹结构RNA具有非常好的自我互补配对能力,可以经Dicer样的酶处理,但是不会经由植物细胞中主要负责生成miRNA的DCL1酶途径处理,因为DCL1蛋白对发夹结构的RNA酶切活性很弱。随后,由于遗传漂移(genetic drift)而不断积累了大量的突变,使得RNA产物里的发夹结构不再能够形成那么完美的匹配,这时这些RNA产物就会转由DCL1酶途径处理。因此,用于生成endo-siRNA的茎环结构RNA可能是一种向miRNA前体分子逐渐转变过程中出现的进化中间体。在黑腹果蝇中,这种进化过程很有可能也会出现在编码miRNA分子基因的进化过程当中,在这条途径中是DCR-1蛋白生成了miRNA,而不是DCR-2蛋白生成了endo-siRNA。

5. 前景展望

最近的研究成果告诉我们,在人体细胞中存在大量的与miRNA和siRNA类似的小RNA分子,这些新发现的小RNA分子都有可能参与人体基因表达调控过程。因此,将来的发展方向我们也就很清楚了。

新一代测序技术很快就能帮助我们解答以下问题:

到底存在多少种小RNA分子?

这些小RNA分子是怎么产生的?

它们的生物学功能是什么?

这些RNA调控机制又是如何被调控的?

多种小RNA分子的5'端或3'端会被修饰,那么现有的测序技术能够应付细胞里所有的小RNA分子吗?

我们还会面临一大挑战,那就是弄清楚RNA结合蛋白是如何影响小RNA干扰途径最终的调控结果的。这是因为细胞内的RNA通常都是以与各种蛋白质相结合的方式存在的。这些蛋白可以调控基因表达。比如,我们借助结合了免疫沉淀技术和高通量测序技术的体内全基因组技术(genome-wide in vivo approache)来研究蛋白质-mRNA相互作用,并找出与RNP复合体相互结合后能抑制基因表达的mRNA上的结合位点。

最后,RNA沉默途径中活性和特异性的变动也会令基因表达出现定量和定性突变,从而形成一套全新的基因表达调控网络。这种变动会影响多个过程,甚至包括人类进化过程。由于所有的脊椎动物几乎都有同样数目的编码基因,因此我们很难从这个方面进行判断。我们在秀丽隐杆线虫体内发现的第一个RNA--miRNA lin-4,一个可以调控参与秀丽隐杆线虫的发育进程的基因。与其它的哺乳动物不同,人类大脑在出生后还会以胎儿期的生长速度继续发育,因此人体大脑是我们研究发育时期出现突变的绝佳材料。很多人都想知道如果我们改变了大脑的发育速度是否会让人类进化成另一个新物种。

编辑: helen

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