表观遗传学-siRNA与miRNA介导的调控

一、Traditional RNAs

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二、非编码RNA(调控作用)

1、Interference RNA (RNAi)
2、Short interfering RNA (siRNA)
3、MicroRNA (miRNA)

三、RNA干扰及其机制

1、RNA干扰:生物体内通过双链RNA分子在mRNA水平上诱导具有特异性序列的基因沉默的过程
2、转录后沉默:Post-transcriptional gene silencing, PTGS
3、表观遗传学中的一种重要现象

四、miRNA介导的基因沉默①

A. Postinitiation mechanisms. miRNA通过阻碍翻译的延伸,或者促使核糖体与mRNA分离来抑制mRNA的翻译
B. Cotranslational protein degradation. 在多肽链翻译后的同时使其降解


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C. Argonaute与eIF4E竞争结合cap
D. Argonaute招募eIF6,从而阻止大的核糖体亚基与小亚基的结合


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E. Argonaute通过脱腺苷化(deadenylation) 阻止loopmRNA的形成
F. MicroRNA-mediated mRNA decay. miRNA触发脱腺苷化并使得底物mRNA decapping
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五、RNA干扰的分子机器

  1. Dicer: RNase III类似的,包含多个功能结构域的核糖核酸酶,将dsRNA切割成小的shortinterfering RNAs (siRNAs) or microRNAs(miRNA),并将这些产物加载到RISC上


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  2. RISC (RNA induced silencing complexes)(RNA诱导的沉默复合体): 包含多个蛋白质的复合物,将与之连接的siRNA或miRNA定位到其靶点并抑制靶基因的表达


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六、Argonaute ((AAGO)):RIISSC的核心成员

  1. Argonaute (AGO): 大的蛋白质家族,为RISCs的核心成员
  2. AGO蛋白质一般包含PAZ和PIWI两种功能结构域
  3. PAZ与双链siRNA 3’-端露出的两个核苷酸结合
  4. PIWI负责将双链siRNA切成单链
  5. PAZ和PIWI对于SiRNA与底物mRNA之间的相互作用是必须的,并负责底物的断裂或转录抑制
  6. 不同的AGO具有不同功能,例如人类AGO2负责的RISCs能够割裂底物mRNA,而AGO1和AGO3则不能

七、MicroRNA的加工

  1. MicroRNA (miRNA): 一种非编码小的RNA(~21–23 bp),通过Dicer剪切其前RNA (~70-90 )所得
  2. miRNA以RNA-蛋白质复合物的形式,在动物和植物的细胞中广泛的表达,也称为miRISCs
  3. 在发育的过程中起着关键性的作用,能够促使与miRNA序列同源的靶基因的mRNA的降解或者翻译的抑

Structure of pri-miRNAs

(A) pri-miRNAs的结构
(B) 人类pri-miR-30a RNA的发夹环;Drosha切割位点(箭头),Dicer切割位点(三角)


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miRNA的加工

  1. Pri-miRNA被Drosha切割
  2. pre-miRNA被Dicer切割
  3. Exportin 5 (Exp5) 将miRNA装运到胞质中


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miRNAs vs. siRNA:不同

  1. miRNAs: 通常21-25bp的非编码RNA,从大的前体RNA中剪切所得,形成不完美匹配的茎环结构。成熟的miRNA一般从前体RNA的发夹环的一个柄上,由RNase III剪切所得;至少在动物中,绝大多数的miRNAs与底物的3’UTR区域结合,抑制其翻译
  2. RNAi & siRNA: RNAi是一种进化保守、序列特异性的基因沉默的机理,通过dsRNA发挥作用。在多数系统中,包括线虫、植物和果蝇中,最初的dsRNA约500bp,经过处理后得到~21-25bp的小dsRNAs

miRNAs vs. siRNA:相似

  1. miRNAs和siRNAs都需要Dicer以及RISCs的处理,从而引起转录后抑制
  2. siRNAs和miRNAs的分子特性相似,功能也相似


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miRNA控制植物表型特征

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