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crna是什么意思(lncrna是什么意思)



【学术情报局】

第一期:


小片段,大能量

——2024年诺贝尔

生理学医学奖

microRNA


本文字数2013字,预计阅读时长约5分钟

2024 年诺贝尔生理学或医学奖 于北京时间 10 月 7 日下午 17 点 30 分左右公布,今年的获奖者是Victor Ambros Gary Ruvkun 两位科学家,他们发现了 microRNA 及其在转录后基因调节中的作用,并阐明了控制基因活动的基本原则

这一发现起源于秀丽隐杆线虫的研究过程中,他们发现Lin-4基因编码了一种小RNA分子,它通过与Lin-14基因的mRNA结合,从而抑制其翻译,就像基因表达的“刹车”,miRNA可以精准地调控mRNA的翻译速度。

每个细胞包含相同的染色体,因此有着完全相同的基因集和完全相同的指令集。不同类型细胞之间的差异是如何产生的?答案就是基因的调节。

“基因调节让每个细胞选择性地执行相关指令,确保只有一组正确的基因在一种细胞类型中处于活跃状态。microRNA被发现在基因调节中起着至关重要的作用,开创性地揭示了一种全新的基因调节原理,对包括人类在内的多细胞生物都至关重要。

01

“MicroRNA 灵魂三问”

——microRNA 的原理

- ACADEMIC -

“你是谁?”

microRNA(miRNA),即微小RNA,是一类广泛存在于真核生物中的非编码调控性单链小分子RNA,长度大约为22nt(核苷酸数),成熟的 miRNA 的5'端有一个磷酸基团,3'端为羟基。miRNA 在表达上具有阶段性和组织特异性,在生物发育的不同阶段有不同的 miRNA 表达,在不同的组织中表达量也不同。

“你来自哪里?”

—— miRNA 的产生

miRNA产生的第一步就是它的转录与加工:细胞核内由编码 miRNA的基因转录出一段长度约为300-1000bp的pri-miRNA。在细胞核内,一种名为Drosha的酶会将pri - miRNA 切割成约70-90bp的pre - miRNA(即miRNA前体),形成发夹结构。下一步,pre - miRNA在Exportin -5(输出蛋白5)的帮助下从细胞核转运到细胞质中。在细胞质中,Dicer 酶进一步切割pre - miRNA,产生约20-24nt的成熟miRNA。

“你要到哪里去?”

——miRNA 的作用机制

miRNA作为基因表达中的重要调控因子,其在细胞中各个位置都存在。首先, miRNA 与靶 mRNA 通过6-7个碱基互补结合,可导致 miRNA 在蛋白质翻译水平上抑制靶基因表达。当miRNA与靶位点(几乎)完全互补时,那么这些 miRNA 的结合往往会引起靶mRNA 的降解。结合位点通常都在 mRNA 的编码区或开放阅读框(指结构基因的正常核苷酸序列,从起始密码子到终止密码子的阅读框可编码完整的多肽链,其间不存在使翻译中断的终止密码子)中。每个 miRNA 可以有多个靶基因,而几个 miRNAs 也可以调节同一个基因。

02

二、诺奖背后

——MicroRNA的研究历程

- ACADEMIC -

从小蠕虫到复杂生命

上世纪 80 年代末,AmbrosRuvkun利用秀丽隐杆线虫研究lin-4 和 lin-14 突变,意想不到地发现lin-4 基因产生了一种异常短小的 RNA 分子,它并不包含蛋白质生产所需的编码序列,并且它负责抑制 lin-14 的表达

进一步实验表明,这一新型基因调控是由一种先前未知的 RNA——microRNA 介导,lin-4 microRNA 通过结合其 mRNA 中的互补序列来关闭lin-14,阻止 lin-14 蛋白的产生。结果于 1993 年在 Cell 发表。然而这种不寻常的基因调控机制被认为是秀丽隐杆线虫的特例,可能与其他更复杂的动物无关。

直到 2000 年,Ruvkun 的研究小组发表了发现由let-7 基因编码的microRNAlet-7 随后几年内识别出了数百种不同的基因高度保守,广泛存在于动物界。该文章引发了学界的极大兴趣, microRNA

如今,已知人体中有超过一千种microRNA 基因,microRNA 的基因调控在多细胞生物中是普遍存在的,是基因调控的一个新维度,对所有复杂生命形式至关重要。

03

MicroRNA的深刻意义

-ACADEMIC -

随着科技发展,microRNA神秘的面纱逐渐被缓缓揭开,各领域的科学家们也逐渐开始重视起来这一段小小的序列里蕴藏的巨大能量。miRNA本身并不编码蛋白质,它通过特异性结合靶 mRNA 3'端非翻译区区域,抑制靶基因的翻译或促进靶mRNA 的降解,在转录水平上对基因表达进行精细调控。随着各种有关于miRNA的研究纷纷面世,其在生物体内证实起到的作用逐渐丰富,调控基因表达只是它最直接的工作。miRNA 还参与调控细胞周期的关键过程,如增殖、分化和凋亡,影响细胞的命运和行为;特定miRNA 的表达模式对于控制发育时序、组织分化和器官形成等关键环节至关重要。

对于生物体来说,miRNA 还参与机体的代谢调控过程,如葡萄糖、脂类和氨基酸的代谢等,影响能量平衡、脂肪积累和蛋白质合成等关键环节,进而影响机体整体代谢状态。

miRNA还有可能会参与进物种对环境的适应与迭代进化中。例如,miRNA可以通过调控信号通路中的关键分子来影响细胞的应激反应和适应性变化,这种调控机制有助于细胞在应对环境变化时保持稳定性和适应性。miRNA 的序列和表达模式在不同物种之间存在一定的保守性和差异性,这些差异可能与物种的适应性进化有关,有助于更深入地了解生物进化的机制和规律。

而我们最期待有关于miRNA的发现应用于医学健康领域。虽然目前针对miRNA的治疗手段还没有广泛应用,但仍有巨大的发展前景。例如,通过检测体液中的miRNA 水平可以迅速准确地诊断出相关疾病;miRNA 的异常表达与肿瘤的发生、进展和治疗效果密切相关。通过分析癌症患者血液、尿液或组织样本中的 miRNA 表达情况,可以快速诊断出肿瘤类型和病情严重程度;通过筛选和识别与特定疾病相关的 miRNA ,可以设计和开发靶向这些 miRNA 的药物……我们希望有一天能看到关于miRNA的这些研究可以为人类健康事业的发展做出巨大贡献。


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(化学与生命科学学院学术部邮箱:)

参考文献

[1] https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2024/press-release/

[2] Liu S, da Cunha AP, Rezende RM, et al. The Host Shapes the Gut Microbiota via Fecal MicroRNA. Cell Host Microbe. 2016;19(1):32-43. doi:10.1016/j.chom.2015.12.005

[3] Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum and Victor Ambros (1993) “The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14”. Cell, 75(5), pp. 843–854.

[4] Bruce Wightman, Ilho Ha, and Gary Ruvkun (1993) “Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans”. Cell, 75(5), pp. 855–862.

[5]Amy E. Pasquinelli, Brenda J. Reinhart, Frank Slack, Mark Q. Martindale, Mitzi I. Kurodak, Betsy Maller, David C. Hayward, Eldon E. Ball, Bernard Degnan, Peter Müller, Jürg Spring, Ashok Srinivasan, Mark Fishman, John Finnerty, Joseph Corbo, Michael Levine, Patrick Leahy, Eric Davidson & Gary Ruvkun (2000) “Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA”. Nature, 408(6808), pp. 86–89..

END

来源丨化生学院学术部 管盈 白研文

编辑 | 学生会宣传部 李佳潞

责任编辑 | 杨灏然 刘珂彤

审核 | 班旻 陈昕

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