《RNA的调控作用课件 - 李华》

的调控作用RNA李华教授生物学系分子生物学实验室课程概述RNA调控作用多种RNA类型基因表达中的核心角色结构与功能多样性研究前沿临床应用最新进展与未来方向的基本概念RNA化学本质结构特点多样形态中心地位核糖核酸，含核糖和磷酸基单链分子，含U代替T单链灵活，可形成复杂二级连接DNA与蛋白质的桥梁团结构的生物合成过程RNA转录起始RNA聚合酶结合启动子区域链延伸按照DNA模板合成RNA转录终止聚合酶识别终止信号并释放RNA转录后加工前体RNA修饰成熟RNA的转录后修饰RNA5帽子结构加入7-甲基鸟苷，保护RNA免受降解RNA剪接去除内含子，连接外显子3端加尾添加多聚A尾巴，增加稳定性选择性剪接产生多种mRNA异构体中心法则与RNADNA1遗传信息储存RNA信息传递与调控蛋白质执行生物学功能的主要类型RNA信使RNA转运RNA携带蛋白质编码信息携带氨基酸参与翻译非编码RNA核糖体RNA不编码蛋白但具调控功能构成核糖体的结构组分信使的结构RNAmRNA5非翻译区编码区含翻译起始信号含编码蛋白质的密码子序列影响翻译效率由三联体密码子组成3非翻译区含调控元件影响mRNA稳定性和定位的功能调控mRNA亚细胞定位特定区域翻译翻译效率影响蛋白产量稳定性控制降解速率转录水平控制合成数量转运结构与功能RNAtRNA三叶草结构氨基酸连接密码子识别特征性二级结构，含多3端连接特定氨基酸反密码子与mRNA密码个功能区域子配对化学修饰多种修饰提高功能精确性核糖体RNArRNArRNA类型亚基主要功能5S rRNA大亚基结构稳定

5.8S rRNA大亚基与28S配合18S rRNA小亚基mRNA结合28S rRNA大亚基肽键形成非编码概述RNA长非编码RNAlncRNA200nt+长度特征超过200核苷酸~30,000人类基因组数量占基因组大部分4主要调控层次多种机制并存100+疾病相关涉及多种疾病发生的作用机制lncRNA染色质调控转录调控转录后调控影响基因组区域可及性影响启动子活性影响mRNA稳定性微小RNAmiRNA1基因转录生成pri-miRNADrosha加工形成pre-miRNA发夹结构核质转运Exportin-5介导胞浆运输Dicer切割生成成熟miRNA双链RISC装载单链miRNA与蛋白形成复合物的靶向调控miRNA小干扰RNAsiRNA结构特点来源途径作用机制双链RNA分子内源性转座子等RISC复合物装载长度约21-23核苷酸外源性病毒或人工导入引导靶标识别完全互补配对导致靶RNA高效降解圆环RNAcircRNA环状结构形成高稳定性反向剪接连接5和3端环状结构抵抗核酸酶降解蛋白质互作miRNA海绵作为蛋白质结合平台吸附特定miRNA减少其活性增强子RNAeRNA增强子转录产物转录激活作用从DNA增强子区域转录的非编码RNA促进靶基因表达染色质环化研究技术促进增强子-启动子接触GRO-seq和PRO-seq等方法检测调控的表观遗传学机制RNARNA甲基化RNA编辑m6A,m5C,m1A等化学修饰A-to-I和C-to-U碱基转换影响RNA结构和功能改变编码信息修饰调控蛋白写手添加修饰擦除者去除修饰阅读器识别修饰甲基化修饰RNA编辑现象RNAA-to-I编辑C-to-U编辑生物学功能ADAR家族催化APOBEC家族催化调控基因表达腺苷脱氨基变肌苷胞嘧啶脱氨基变尿嘧啶增加蛋白多样性被识别为鸟苷G改变编码氨基酸参与免疫应答与染色质结构调控RNA染色质重塑X染色体失活基因印记核基质RNA招募修饰酶改变组蛋白Xist涂抹和沉默一条X调控印记基因单等位基维持核内三维结构状态染色体因表达与转录调控RNA基因激活促进转录起始因子互作调控转录因子活性增强子互作促进染色质环化转录抑制阻断转录因子结合与翻译调控RNAIRES帽子非依赖性翻译起始uORF抑制主ORF翻译RNA结构二级结构影响翻译效率稳定性调控RNA脱帽去除5帽子结构去腺苷酸化缩短polyA尾巴胞外降解从5或3端降解RNANMD降解含早期终止密码子的mRNA与定位调控RNA蛋白质相互作用RNA-RNA结合蛋白类型RNA识别基序RRM、KH、dsRBD等结构域特定序列或结构模式特异性识别RNA序列或结构提供结合特异性核糖核蛋白复合物多种蛋白与RNA形成功能复合物执行剪接、翻译等功能结构与功能关系RNA序列决定结构核苷酸序列影响折叠方式结构形成功能域特定结构支持特定功能构象变化调控功能结构动态变化影响活性核糖开关与核糖酶代谢物识别构象变化特定结构域结合小分子结合引起RNA结构改变2反馈调节基因表达调控响应环境变化自动调节控制基因开关状态与免疫调控RNA病毒RNA识别干扰素产生PRR受体识别病毒RNA诱导抗病毒蛋白表达1234免疫信号激活抗病毒状态启动信号级联反应建立细胞抵抗性与发育调控RNA与疾病RNA癌症调控基因异常激活或沉默神经退行性疾病RNA毒性和代谢异常心血管疾病miRNA调控心肌生长与功能代谢疾病非编码RNA影响代谢平衡与癌症RNA表达异常编辑异常诊断标志物癌细胞中RNA RNA编辑水平循环RNA作为表达谱变化失调生物标志物治疗靶点RNA干扰抑制癌基因研究技术进展RNA高通量测单细胞分空间转录CRISPR-序析组Cas全转录组分析揭示细胞异质RNA精确编辑保留空间分布性信息测序技术RNA1RNA提取与富集cDNA合成rRNA去除或polyA选择RNA反转录为cDNA文库制备测序与分析片段化与接头连接高通量测序及生物信息学分析功能研究方法RNA技术方法作用机制应用优势RNA干扰序列特异性降解高效抑制表达反义寡核苷酸阻断翻译或促进降解设计灵活多样CRISPR-Cas13RNA特异性切割精准定向降解RNA适配体高亲和力结合功能阻断或标记体外研究技术RNA体外转录SELEX技术RNA合成DNA模板合成RNA筛选高亲和力RNA适配体化学合成短RNA使用T7/SP6聚合酶系统进化配体富集引入特殊修饰产生大量纯RNA发现RNA功能应用于结构研究体内研究方法RNA条件性RNA调控组织特异性干扰诱导系统控制表达RNA追踪条件性表达RNAiRNA标记与成像精确时空调控MS2系统追踪RNA研究组织特异功能荧光探针标记特定RNA分析RNA细胞内运输实时观察RNA动态变化数据分析与生物信息学RNA10TB+大数据处理单次实验数据量巨大95%预测准确率算法预测RNA结构1000+分析工具专业RNA分析软件10^6网络节点复杂RNA调控网络药物开发RNA1靶点发现确定疾病相关RNA序列设计优化治疗RNA序列递送系统开发高效递送方法临床转化评估安全性与有效性疫苗技术RNA优化mRNA设计脂质递送系统免疫应答诱导修饰核苷酸提高稳定性保护mRNA并促进细胞摄取产生强效特异性保护递送技术RNA脂质纳米颗粒包裹RNA形成纳米胶囊利于细胞膜融合病毒载体利用病毒感染能力高效递送基因组细胞穿透肽促进RNA跨膜转运低毒性低免疫原性特异性递送靶向特定组织细胞减少非特异分布合成生物学RNA与研究AI RNA结构预测药物设计网络分析深度学习预测RNA折叠AI辅助RNA药物开发大数据挖掘RNA调控关系互作预测模拟RNA-蛋白质结合进化视角RNARNA世界初期自复制RNA分子出现DNA出现2遗传信息存储更稳定蛋白质合成功能执行更高效现代生命4RNA保留核心调控功能研究前沿热点RNA相分离修饰组学RNA参与细胞内相分离全面分析RNA化学修饰靶向药物单分子技术3发展新型RNA治疗策略直接观察单个RNA分子研究的挑战与机遇RNA挑战机遇•RNA易降解•技术方法突破•复杂结构难解析•多学科交叉融合•特异性递送困难•新型疗法开发•临床转化障碍•个性化医疗基础未来研究方向个体化治疗基于患者特异RNA设计精确结构调控操控RNA三维结构组合疗法多种RNA靶点协同作用多组学整合综合分析RNA全景图课程总结多层次调控RNA在基因表达各环节发挥作用深远影响改变传统生物学中心法则认知临床转化开发新型RNA诊断与治疗方案开放问题RNA领域仍有众多待解之谜。