PTGS或RNA沉默:某基因能够正常转录,但是其mRNA不能正常翻译成蛋白质
内源性小RNA的生物合成
>在RNA Pol 2/4/5作用下合成合成单链RNA
>在RDR催化下合成dsRNA「RDR只在植物、线虫、真菌中存在,果蝇及哺乳动物中没有」
>在DCL作用下对dsRNA进行切割,切割成21-24nt的双链small RNA片段「3'突出两个碱基」
>在植物中,双链small RNA被HEN1在3'-OH端加上甲基
>AGO识别并结合甲基化的ds RNA的其中一条链,并招募相关蛋白组成RISC
>RISC结合到互补的靶基因上,产生效应;
• 在特定位点切割靶基因(多在植物中)
• 阻遏翻译(多在动物中)
• RNA依赖的DNA甲基化
基础的RNA沉默机器较为保守
>DICER:多结构域的RNase III核酸酶,切割dsRNA为小片段「具有解旋酶活性、PAZ结构域、RNase III活性、与dsRNA结合的结构域」
>AGO:RISC重要组成部分,由PIWI「具有切割RNA的活性」和PAZ结构域「结合dsRNA的3'端,5'端负责识别靶基因」
>RDR:相对保守性较差,人类、酿酒酵母、果蝇中都没有RDR,miRNA生物合成中不需要RDR的参与
>RNA Pol:Pol II在所有生物中都有,但Pol 4/5并不是所有生物都有
内源性micro RNA的生成
植物中:
>miRNA基因编码,在RNA Pol II的催化下,转录生成pri-miRNA(有5'帽和3'尾结构)
>pri-miRNA在DCL1作用下,切割成有茎环结构的pre-miRNA(miRNA前体)
>pre-miRNA在DCL1作用下,剪切成ds miRNA
>ds miRNA在HEN1的作用下,3'端甲基化
>被核内AGO1结合/HASTY介导出核进入胞质与AGO1结合
>ds miRNA的一条单链被AGO1结合形成RISC,另一条链被降解
>组装好的RISC结合到特定mRNA互补区,在特定位点进行切割
动物中:
>miRNA基因编码,在RNA Pol II的催化下,转录生成pri-miRNA(有5'帽和3'尾结构)
>pri-miRNA在Drosha的作用下,切割成有茎环结构的pre-miRNA(miRNA前体)
>pre-miRNA由转运蛋白Exportin-5运送到细胞质
>pre-miRNA在Dicer酶的作用下被切割成成熟的miRNA
>成熟的miRNA随后结合到RISC,介导基因沉默表达
不同点:
①pre-miRNA长度不同:植物miRNA前体的茎环结构更大,更复杂,约动物中的3倍长
②mi-RNA长度不同:植物miRNA--21nt,动物miRNA--22-23nt,源于Drosha与Dicer切割性能差异
③生成与加工方式不同:植物miRNA末端的3'-OH存在甲基化,而动物中没有
④进化保守性:植物中miRNA进化保守性高
⑤基因簇现象:动物中多个miRNA由一个MIRNA基因得来;植物中一个miRNA对应一个MIRNA基因
⑥靶序列匹配程度:动物miRNA的匹配度低;植物miRNA的匹配度高,几乎完全匹配
⑦靶向位置不同:动物miRNA靶向3'UTR;植物靶向3'UTR,开放读码框
⑧作用机制:动物miRNA结合3'UTR阻止翻译,mRNA稳定;植物miRNA结合多位点,降解mRNA,使基因沉默
miRNA与siRNA的差异
起源上:
>miRNA由某些相对保守的蛋白的基因重复颠倒反向产生的,是内源性的small RNA,参与正常情况下的生长发育基因调控
>siRNA起源于转座子、逆转录因子、高度重复序列、中心粒序列,是在病毒感染或人工插入dsRNA后诱导产生的 不参与动物体的正常生长,作为miRNA的完善和补充
结构上:
>miRNA是单链的RNA形成了发夹结构,经过剪切加工成为假的双链RNA;而siRNA则是真正的双链RNA
产生过程中:
>形成dsRNA时,miRNA不需要RDR参与,而是形成发夹结构,是假的dsRNA;siRNA需要RDR参与,以单链RNA为模板合成,形成dsRNA
>miRNA被DCL1切割时,是不对称切割;siRNA并非不对称切割,切割酶是DCL3
>形成RISC时,miRNA的是AGO1,siRNA的是AGO4
>动物中多个miRNA由一个MIRNA基因得来;植物中一个miRNA对应一个MIRNA基因;siRNA一个dsRNA可产生多个成熟的siRNA
功能上:
>miRNA与靶mRNA并不完全配对,存在错配;而siRNA能与mRNA完全配对
>介导RNA沉默中,miRNA可结合在靶mRNA上,从而断裂mRNA,也可以结合在3'UTR抑制翻译的进行;siRNA还可以介导DNA上胞嘧啶的甲基化或修饰组蛋白