《RNA生物合成》教学课件

生物合成RNA探索生命信息传递的中枢通路教授张明博士联系方式zhang.ming@biotech.edu.cn课程学习目标掌握基本过程深入调控网络理解合成的分子机制探索转录调控的复杂性RNA应用与实验学习相关实验技术与临床应用的概念与分类RNA核糖体RNArRNA转运参与蛋白质合成小核RNA tRNA RNA snRNA运送氨基酸参与剪接RNA信使非编码RNA mRNA RNA携带遗传信息调控基因表达与的异同RNA DNADNA RNA脱氧核糖核糖胸腺嘧啶尿嘧啶T U双链结构通常为单链稳定存储遗传信息短暂传递信息在细胞中的功能RNA信息传递催化活性携带遗传密码核酶功能mRNA到蛋白质的桥梁参与蛋白合成DNA基因调控抑制翻译miRNA调控染色质lncRNA核糖体与的关系RNA蛋白质合成机器翻译的工厂mRNA骨架结构rRNA占核糖体质量60%催化肽键形成肽基转移酶活性基因表达与合成RNADNA遗传信息储存转录合成RNARNA信息传递翻译蛋白质合成蛋白质执行生物功能原核与真核生物基因组结构原核生物真核生物调控差异环状线性染色体原核简单直接DNA基因密集排列内含子分隔基因真核多层次调控操纵子结构复杂调控元件原核生物中的合成RNA启动聚合酶识别启动子RNA因子结合特定序列σ延伸聚合酶沿模板移动RNA合成互补链RNA终止终止信号识别释放RNA原核聚合酶结构RNA517亚基总数活性中心因子家族σ₂组成位于亚基识别不同启动子αββσβ原核合成的启动RNA启动子识别因子功能解链σDNA区特异性结合启动子局部双链解开-10TATAAT区促进转录起始形成转录气泡-35TTGACA转录泡的形成启动子识别1聚合酶结合RNA DNA解旋DNA解开约区域14bp启动复合物开始合成初始RNA链延伸与校对延伸方向方向5→3底物核糖核苷三磷酸NTP速率约核苷酸秒40-50/错误率约⁻核苷酸10⁵/校对能力有限，不如聚合酶DNA原核转录终止非依赖型终止依赖型终止Rho Rho富集的回文序列需蛋白辅助GC Rho形成发卡结构识别富集区域C不稳定驱动解旋RNA-DNA ATP聚合酶脱落强制释放RNA操纵子模型以操纵子为——lac例正常状态抑制蛋白结合操作子乳糖存在乳糖与抑制蛋白结合抑制解除抑制蛋白构象改变转录激活聚合酶结合启动子RNA抑制蛋白，激活蛋白的作用抑制蛋白激活蛋白阻止聚合酶结合促进转录启动RNA序列信号分子DNA4特异性结合位点调节蛋白活性真核合成总览RNA真核聚合酶、、功能RNA III III聚合酶主要产物合成位置亚基数目聚合酶大部分核仁个RNA IrRNA14聚合酶和小核浆个RNA IImRNA RNA12聚合酶和核浆个RNA IIItRNA5S rRNA17真核转录启动子结构盒TATA序列TATAAA位于位置-25起始子Inr序列YYANt/aYY包含转录起始位点盒CAAT增强转录活性位于区域-80转录因子及其作用基本转录因子组装基础转录机器调节转录因子调节特定基因表达辅助转录因子连接调节因子与基础机器真核转录起始复合体的组装结合盒TBP TATA引发弯曲DNA加入TFIIB稳定复合物TBP-DNA和结合TFIIF PolII形成稳定前起始复合物和加入TFIIE TFIIH提供解旋和磷酸化活性链延伸调控磷酸化暂停因子CTD磷酸化启动和Ser5NELF DSIF磷酸化延伸控制早期暂停Ser2延伸因子促进延伸P-TEFb消除暂停状态合成后的加工加帽RNA1三磷酸酶去除末端磷酸5γ-鸟嘌呤转移酶添加至端GMP5甲基转移酶位置甲基化N7合成后的加工剪接RNA2识别剪接位点裂解体组装和聚集5GU3AG snRNP连接外显子切除内含子形成成熟两步转酯反应RNA剪接的机制与类型RNA顺式剪接反式剪接可变剪接同一分子内剪接不同分子间剪接多种剪接模式RNARNA常规剪接方式产生嵌合增加蛋白多样性RNA依赖裂解体罕见但重要组织特异表达合成后的加工加尾RNA3特定位点切割识别信号AAUAAA多聚合成A添加残基PAP A保护功能防止端降解3真核转录后修饰的重要性mRNA增强翻译效率帽子结构识别延长寿命RNA抵抗核酸酶降解质量控制剪接监控机制核质转运通过核孔复合体与的修饰加工tRNA rRNA100+30%200+修饰类型修饰位点加工蛋白tRNA rRNA甲基化、假尿苷等提高识别精度参与核糖体组装与的合成snRNA lncRNA特点特点snRNA lncRNA长度核苷酸长度核苷酸100-300200高度保守序列不编码蛋白质与蛋白结合形成组织特异表达snRNP功能差异参与剪接snRNA调控基因表达lncRNA外源性及调控RNA前体转录长双链RNA切割Dicer产生短片段复合物RISC结合siRNA靶向结合识别互补mRNA靶标降解抑制基因表达合成的时空调控RNA时间调控空间调控发育阶段特异性组织特异表达细胞周期依赖性亚细胞定位昼夜节律变化核区室化上游信号转导与转录调控配体受体结合-激素、生长因子等信号级联放大磷酸化传递信号转录因子激活构象变化或转位基因表达改变启动或抑制转录环境因素对合成的影响RNA温度胁迫紫外线辐射氧化应激热休克蛋白表达损伤应答抗氧化基因激活DNA稳定性变化转录暂时抑制线粒体功能调整RNA转录抑制剂及其应用抑制剂来源作用机制应用放线菌素链霉菌嵌入阻断延伸抗肿瘤药物D DNA鹅膏毒素毒伞菌结合聚合酶研究工具α-RNA II利福平放线菌抑制原核聚合酶抗生素RNA真核与原核转录主要差异对比聚合酶复杂性加工RNA真核三种特化聚合酶真核复杂加工修饰原核单一聚合酶原核几乎无加工空间隔离调控复杂性真核核内转录真核多层次调控原核边转录边翻译原核相对简单直接实验检测合成的方法RNA印迹Northern检测特定表达RNART-PCR高灵敏度检测RNARNA-seq全转录组分析核糖核酸酶保护精确定位转录起始原位检测与追踪RNA荧光原位杂交定位特定RNA多色标记多种RNA实时追踪RNA活细胞动态RNA荧光蛋白标记单分子检测计数单个分子高灵敏度分析体外转录体系的建立1模板制备DNA含特定启动子反应体系组装聚合酶、、缓冲液NTP反应条件优化温度、时间、浓度纯化RNA去除蛋白质和模板聚合酶的体外功能分析RNA酶活测定放射性标记掺入NTP突变体构建特定位点突变分析抑制剂测试筛选潜在药物人类疾病与生物合成异常RNA转录因子突变剪接异常调控失控致多种发育障碍导致遗传性疾病癌症发生与进展病毒干扰劫持宿主转录机器病毒合成与逆转录RNA病毒复制逆转录病毒RNA依赖聚合酶转换RNARNARNA→DNA复制速率快逆转录酶活性错误率高整合宿主基因组快速变异长期潜伏可能生物合成与药物研发RNA疫苗mRNA疫情防控新工具抗病毒药物病毒聚合酶抑制剂转录调控药物特异性激活抑制基因/基础研究工具4分子机制探究人工合成及其应用RNA药物siRNA特异性沉默基因治疗遗传性疾病适配体RNA特异性识别靶标诊断治疗双用途纳米结构RNA可编程组装药物递送平台单细胞测序技术RNA细胞分离单细胞悬液制备细胞标记唯一条形码标识捕获3RNA反转录为cDNA扩增或体外转录PCR测序与分析转录组图谱构建组学时代的转录组研究25000+人类基因数转录组复杂多变100000+转录本种类可变剪接衍生10TB+单项目数据量需大数据分析60%疾病关联基因表达异常导致重大前沿进展与合成CRISPR RNACRISPR-Cas9CRISPR-Cas13CRISPRa/CRISPRi编辑工具直接编辑转录激活抑制DNARNA/引导识别靶向降解无需切割gRNA RNADNA改变转录模板调控功能精确调控表达RNA未来展望疗法RNA定制化药物mRNA递送系统脂质纳米颗粒新一代合成生物学人工细胞转录机器人工智能结构功能预测RNA课程回顾与思维导图常见问题解析为何在而是RNA UDNA T进化选择，合成机制差异病毒进化快原因RNA聚合酶无校对功能，突变率高世界假说含义RNA生命起源于自我复制RNA为何真核转录复杂精细调控需求，多层次控制课程总结与讨论知识应用思考问题医药开发起源之谜RNA合作研究深入学习实验室开放机会推荐阅读资料。