Mindmap --- 非编码 RNA 对真核生物基因表达的调控

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现代分子生物学 思维导图 — 真核生物基因表达调控之非编码 RNA 对真核生物基因表达的调控。

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  • 非编码 RNA 对真核生物基因表达的调控
    • RNA 干扰（RNAi）：是指由双链 RNA 诱发的基因沉默现象
      • 机制：通过阻碍特定基因的翻译或转录来抑制基因表达
      • RNAi 具有传递性，可在细胞之间传播
      • RNAi 广泛存在于自然界这一事实揭示了 RNAi 很可能出现于生命进化的早期阶段
    • 干扰小 RNA（siRNA）
      • siRNA 的生物合成
        • 病毒 RNA 以及由环境、实验因素引入的外源 RNA 都可能是 siRNA 的来源；基因组 重复片段、转座子等序列也可能产生 siRNA。
        • 一条链为引导链，介导 mRNA 的降解
        • 另一条链为乘客链，在 siRNA 形成有功能的复合物前被降解掉
        • 过程
          • Dicer 切割
          • R2D2 的装配：Dicer 核 R2D2 形成异源二聚体
          • RISC 的装配和成熟：Argo 和 Dicer 发生蛋白 - 蛋白相互作用
      • siRNA 介导的基因沉默机制
        • 主要由转录后水平 mRNA 的降解和染色体水平形成异染色质。可将靶标 mRNA 切割成 21-23 nt 的片段，切割区由碱基互补配对原则决定
        • RISC 中，siRNA 引导链的 5’ 端与 Argo 蛋白的 MID 结合，延伸 MID/PIWI 界面至 3’ 端与 PAZ 特异性结合
        • siRNA 的 2-8 nt 为种子序列，用于与靶标特异性配对
        • mRNA-siRNA 配对物位于 PIWI 功能域，由 PIWI 催化将靶标 mRNA 切断，并使切断的 mRNA 离开 RISC
      • siRNA 的生物学意义
        • 在转录水平和转录后水平参与基因的表达调控
        • 维持基因组的稳定
        • 保护基因组免受外源核酸的入侵
    • miRNA
      • 生物合成过程
        • miRNA 基因的转录与转录初产物的剪接
        • miRNA 前体的转运出核
        • Pre-miRNA 的剪切与 miRNA 的成熟
        • 植物 miRNA 的成熟过程不同于动物细胞
      • miRNA 的功能
        • 和 siRNA 一样装在成 RISC 后使互补配对的 mRNA 降解
        • 可抑制 mRNA 的翻译，降低靶基因的蛋白水平但不影响其 mRNA 的水平
      • miRNA 介导的翻译抑制机制
        • 是一种内源基因的调控机制，代表了生物自身的一套正常程序
        • miRNA 对靶基因的调控并不依赖于其与靶基因序列的高度互补性
        • 若 miRNA 与靶基因 mRNA 存在完全或者近乎完全互补配对，则通过靶基因 mRNA 的断裂方式调控基因表达
        • 反之，miRNA 则是通过翻译抑制调控靶基因的表达。
    • piRNA
      • 是从哺乳动物生殖细胞中分离得到的一类长度约为 30nt 的小 RNA
      • piRNA 在生殖细胞的生长发育中的调控是由于 Piwi-prRNA 复合物引起的基因沉默导致的
      • piRNA 的结构特征
        • 是一类长度约为 24–31nt 单链的小 RNA
        • 在染色体上的分布极不均匀
        • 主要存在于基因间隔区；很少存在于基因区或重复序列区
      • piRNA 的生物学功能
        • 介导基因表达沉默
        • 维持生殖细胞和干细胞功能
        • 调节翻译核 mRNA 的稳定性
    • 长链非编码 RNA
      • lncRNA 的种类（根据基因组位点或者相关的 DNA 链特征分类）
        • 正义 lncRNA：基因位点通过 共享相同的启动子 和某个蛋白编码基因
        • 反义 lncRNA：基因位点以 反向的方式插入 在某个已知的蛋白编码基因中
        • 基因内 lncRNA：基因位点位于某个蛋白编码基因的内含子区
        • 基因间 lncRNA：基因位点位于两个蛋白编码的基因中
        • 增强子 lncRNA：基因位点位于某一个蛋白编码基因的增强子区
        • 环状 lncRNA：通过共价键形成闭合环状 lncRNA，其一般来自可变剪切的编码蛋白基因
      • lncRNA 的作用机制
        • 信号分子（Signal molecule）
          • 作为信号分子行使功能
          • 作为信号分子，lncRNA 的表达与结合的转录因子或信号途径相关，从而对相关基因调控具有时空特异性
          • lncRNA 能参与调控转录起始、延伸或终止等阶段；在这些情况下，调控元件的染色质状态只被相关的 lncRNA 表达影响
          • 一些 lncRNA 能通过与染色质互作以及招募染色质修复装置等进一步参与介导大量基因的转录沉默
        • 诱饵分子（Decoy molecule）
          • 作为诱饵分子行使功能
          • lncRNA 能将转录因子或相关的其他类型蛋白带离染色质或将其带入染色质的核心区域
        • 引导分子（Guide molecule）
          • 作为引导分子行使功能
          • 作为引导分子，lncRNA 招募染色质修饰酶对靶基因进行调控，或以顺式或反式的方式对远距离的靶基因表达进行调控
        • 骨架分子（Scaffold molecule）
          • 作为骨架分子行使功能
          • 作为骨架分子，lncRNA 结合多种蛋白质形成核糖核蛋白复合体（RNP）。
          • lncRNA–RNP 复合体进一步作用染色其影响组蛋白修饰
          • 作为一个中心平台招募相关生物学过程的分子进一步调控基因表达
非编码 RNA 对真核生物基因表达的调控RNA干扰（RNAi）：是指由双链RNA诱发的基因沉默现象机制：通过阻碍特定基因的翻译或转录来抑制基因表达RNAi 具有传递性，可在细胞之间传播RNAi 广泛存在于自然界这一事实揭示了 RNAi 很可能出现于生命进化的早期阶段干扰小RNA（siRNA）siRNA的生物合成病毒RNA以及由环境、实验因素引入的外源RNA都可能是siRNA的来源;基因组 重复片段、转座子等序列也可能产生siRNA。一条链为引导链，介导mRNA的降解另一条链为乘客链，在siRNA形成有功能的复合物前被降解掉过程Dicer切割R2D2的装配：Dicer核R2D2形成异源二聚体RISC的装配和成熟：Argo 和 Dicer 发生蛋白-蛋白相互作用siRNA 介导的基因沉默机制主要由转录后水平mRNA的降解和染色体水平形成异染色质。可将靶标mRNA切割成21-23 nt的片段，切割区由碱基互补配对原则决定RISC中，siRNA 引导链的 5’ 端与Argo蛋白的MID结合，延伸MID/PIWI界面至 3’ 端与PAZ特异性结合siRNA的2-8 nt为种子序列，用于与靶标特异性配对mRNA-siRNA配对物位于PIWI功能域，由PIWI催化将靶标mRNA切断，并使切断的mRNA离开RISCsiRNA的生物学意义在转录水平和转录后水平参与基因的表达调控维持基因组的稳定保护基因组免受外源核酸的入侵miRNA生物合成过程miRNA基因的转录与转录初产物的剪接miRNA前体的转运出核Pre-miRNA的剪切与miRNA的成熟植物miRNA的成熟过程不同于动物细胞miRNA的功能和siRNA一样装在成RISC后使互补配对的mRNA降解可抑制mRNA的翻译，降低靶基因的蛋白水平但不影响其mRNA的水平miRNA介导的翻译抑制机制是一种内源基因的调控机制，代表了生物自身的一套正常程序miRNA对靶基因的调控并不依赖于其与靶基因序列的高度互补性若miRNA与靶基因mRNA存在完全或者近乎完全互补配对，则通过靶基因mRNA的断裂方式调控基因表达反之，miRNA则是通过翻译抑制调控靶基因的表达。piRNA是从哺乳动物生殖细胞中分离得到的一类长度约为30nt的小RNApiRNA在生殖细胞的生长发育中的调控是由于Piwi-prRNA复合物引起的基因沉默导致的piRNA的结构特征是一类长度约为24–31nt单链的小RNA在染色体上的分布极不均匀主要存在于基因间隔区；很少存在于基因区或重复序列区piRNA的生物学功能介导基因表达沉默维持生殖细胞和干细胞功能调节翻译核mRNA的稳定性长链非编码RNAlncRNA的种类（根据基因组位点或者相关的DNA链特征分类）正义lncRNA：基因位点通过 共享相同的启动子 和某个蛋白编码基因反义lncRNA：基因位点以 反向的方式插入 在某个已知的蛋白编码基因中基因内lncRNA：基因位点位于某个蛋白编码基因的内含子区基因间lncRNA：基因位点位于两个蛋白编码的基因中增强子lncRNA：基因位点位于某一个蛋白编码基因的增强子区环状lncRNA：通过共价键形成闭合环状lncRNA，其一般来自可变剪切的编码蛋白基因lncRNA的作用机制信号分子（Signal molecule）作为信号分子行使功能作为信号分子，lncRNA的表达与结合的转录因子或信号途径相关，从而对相关基因调控具有时空特异性lncRNA能参与调控转录起始、延伸或终止等阶段；在这些情况下，调控元件的染色质状态只被相关的lncRNA表达影响一些lncRNA能通过与染色质互作以及招募染色质修复装置等进一步参与介导大量基因的转录沉默诱饵分子（Decoy molecule）作为诱饵分子行使功能lncRNA能将转录因子或相关的其他类型蛋白带离染色质或将其带入染色质的核心区域引导分子（Guide molecule）作为引导分子行使功能作为引导分子，lncRNA招募染色质修饰酶对靶基因进行调控，或以顺式或反式的方式对远距离的靶基因表达进行调控骨架分子（Scaffold molecule）作为骨架分子行使功能作为骨架分子，lncRNA结合多种蛋白质形成核糖核蛋白复合体（RNP）。lncRNA–RNP复合体进一步作用染色其影响组蛋白修饰作为一个中心平台招募相关生物学过程的分子进一步调控基因表达