细胞生物学教学课件：第四章 细胞质、核糖体与RNA.ppt

第第四四章章 细胞质、核糖体与细胞质、核糖体与RNARNA第一节第一节 细胞质细胞质第二节第二节 核糖体核糖体第三节第三节 非编码非编码RNARNA第一节第一节 细胞质细胞质 细胞质(cytoplasm)又称胞浆,是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称，由细胞质基质、细胞器、细胞骨架和包涵物组成 细胞质基质中主要含有与细胞内各种中间代谢反应相关的数以千计的酶类和与维持细胞形态和细胞内物质运输有关的细胞质骨架结构 细胞质骨架是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中的各种成分和细胞器提供锚定位点，保证细胞内各种复杂代谢反应高效而有序的进行p 细胞质的组成 •细胞质基质和胞质溶胶•化学组成：小分子：水、无机离子；中等分子：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物；大分子：多糖、蛋白质、脂蛋白、RNA•“酶溶液”vs 区域性分布•细胞质基质与蛋白质的寿命控制细胞质基质•微管、微丝和中间丝组成的高度动态结构体系•不同细胞间差异很大•细胞特定形状的维持•细胞内部布局•细胞运动细胞质骨架母牛内皮细胞的肌动蛋白纤维(微丝)母牛内皮细胞的微管•没有代谢活性，有特定形态的结构•贮存能源物质、分泌颗粒•糖原颗粒•脂滴•分泌颗粒包涵物胰腺外分泌腺细胞内大量胰酶原分泌颗粒 肝细胞内大量糖原颗粒 分泌类固醇激素的细胞内脂滴 •叶绿体和线粒体中含有的DNA•胞质遗传因子与核基因的独立性•多种表现形式，以母系遗传为主p 细胞质遗传基质基质基质类囊体基质类囊体基粒类囊体基粒类囊体电镜下的叶绿体超微结构电镜下的线粒体超微结构 核糖体是细胞质中最重要的细胞器之一。

在细胞将DNA的基因信息翻译为蛋白质的过程中，核糖体在mRNA的指导下合成相应的蛋白质在翻译过程中，核糖体需要解读mRNA的密码子，招集相应的氨酰tRNA，并催化肽链的生成第二节第二节 核糖体核糖体p核糖体的基本类型u 按存在的生物类型Ø真核生物核糖体Ø原核生物核糖体沉降系数 (sedimentation coefficient, s)u 按存在部位Ø细胞质核糖体Ø线粒体核糖体（55S，由35S和25S大、小亚基组成）p 核糖体的基本类型基本特点原核生物核糖体真核生物核糖体沉降系数70S80S相对分子量(kDa）2.5×103 3.9～4.5×103 亚基组成50S\30S60S\40S 丰度(每个细胞)15×102-18×103个106-107 个其他 游离核糖体（free ribosome）和附着核糖体（内质网）p 原核/真核细胞核糖体的特点比较p 核糖体的成分核糖体无膜结构，主要由核糖体蛋白(ribosomal protein, r蛋白质)和核糖体RNA(ribosomal RNA, rRNA)构成成分组成原核生物真核生物基本组成比列rRNA约占2/3r蛋白质约为1/3rRNA约占3 /5r蛋白质约为2/5大亚基组分31种蛋白质2种rRNA （23S和5S)49种蛋白质 3种rRNA （28S、5.8S、5S）小亚基组分21种蛋白质1种rRNA（16S）33种蛋白质1种rRNA（18S）p 核糖体的成分•rRNA占细胞总RNA的绝大部分•去除rRNA的核糖体不能维持正常形态•rRNA含有不同比例的A、U、G、C——rRNA为单链RNA，但有双链区p 核糖体的结构核糖体大小亚基的结构示意图大小亚基的结构大亚基(11.5×23×23nm)： 略对称的皇冠状，中间为“鼻”，两侧为“脊”和“柄”小亚基(5.5×22×22nm): 长条形的扁平不对称颗粒，由头和体两部分组成。

大小亚基结合在一起形成核糖体，凹陷部位彼此对应形成一个隧道，供蛋白质翻译时mRNA穿行p 核糖体的结构 16S rRNA的结构 16S rRNA的一级和二级结构均十分保守，具有臂环结构(stem-loop structure)16S rRNA的空间结构在电镜下呈V字形16S rRNA的二级结构（上）空间结构（右）p 核糖体的生物发生rRNA的转录与加工•rRNA基因在基因组中具有多个拷贝，E.coli中有7套拷贝，真核生物中有数百到数千个拷贝，其中5S rRNA有50000个拷贝•真核生物的染色体中28S，18S和5.8S rRNA基因是串联分布的，基因间有间隔区分开; 5S rRNA基因为独立存在•原核生物中5S rRNA基因与其他两种rRNA基因位于同一染色体上•在生命活跃的细胞中，rRNA的拷贝数或细胞核的数量增加，以适应蛋白质大量合成的需要p 核糖体的生物发生核糖体的自我装配：•核糖体由各种RNA和蛋白零件组成完整的核糖体不需要其它任何因子参与，属于自我装配•真核生物和原核生物的核糖体装配方式不同p 核糖体的生物发生真核生物的核糖体装配流程：p 核糖体的生物发生镁离子对核糖体存在形式的影响：•细胞质中，核糖体的存在形式受到镁离子浓度的影响•[Mg2+]<1mM，核糖体以大、小亚基分离的形式存在•1mM<[Mg2+]<10mM，核糖体以大、小亚基结合的形式存在•[Mg2+]>10mM，核糖体形成100S大小的二聚体p 核糖体的生物发生原核生物的核糖体装配流程(E.coli)小亚基的装配：1.大约2/3的蛋白质在较低温度条件下先与16SrRNA结合，形成一个21S的中间颗粒2.当温度上升到37℃后，核糖体中间物发生构象改变，不增加蛋白质但沉降系数改变为26S3.由于构象变化，产生一些新结合位点。

其余的蛋白质(占1/3)再次在较低温度条件下与26S颗粒结合，形成完整的有功能的30S颗粒p 核糖体的生物发生原核生物的核糖体装配流程(E.coli)大亚基的装配：大亚基的装配过程需要孵育条件(44℃、4mmol/L Mg2+)和四步装配过程：1.由两种rRNA (23S、5S)和大约20种蛋白质组成33S颗粒2.当温度上升到44℃时，沉降系数从33S增至41S3.41S与另一些蛋白质结合，转变为48S4.温度上升到50℃，48S转变为有活性的50S大亚基p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成作为蛋白质的装配机，核糖体的许多结构都对蛋白质的合成过程有着重要意义核糖体的功能活性位点p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成• A位点（A site）：氨基酸位点主要分布在大亚基上，是与新掺入的氨酰基-tRNA结合的部位，可接受氨酰基-tRNA p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成• P位点（P site）：肽酰基位点主要分布在大亚基上，是与延伸中的肽酰tRNA结合的部位，即释放tRNA的部位 p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成• E位点(exit site)：是脱氨酰tRNA离开A位点到完全从核糖体释放出来的一个中间停靠点，只是暂时的停留点。

E位点被占据时，A位点与氨酰基tRNA的亲和力降低，可防止与另一个氨酰tRNA的结合直到核糖体准备就绪，E位点空出，才会接受下一个氨酰tRNA p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成• mRNA结合位点：原核生物的核糖体中，与mRNA结合位点位于16S rRNA的3’端mRNA与核糖体结合的序列称为SD序列，是mRNA中5’端富含嘌呤的短核苷酸序列，一般位于mRNA的起始密码AUG的上游5-10bp处，并且同16S rRNA3’端的序列互补真核生物没有SD序列，mRNA同核糖体小亚基的结合主要依赖于mRNA5’端甲基化帽子结构的识别•核糖体的蛋白合成功能主要是依靠rRNA来完成的，突变的rRNA能够对蛋白合成抑制剂产生抗性n具有肽酰转移酶的活性n为tRNA提供结合位点n为多种蛋白质合成因子提供结合位点n在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合n核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proof reading)、无意义链或框架漂移的校正、以及与抗菌素作用•r蛋白质的作用很可能是对核糖体功能的“微调”及对核糖体的合成、稳定起到辅助作用，r蛋白质的缺失并不能完全阻止蛋白质的合成。

p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成核糖体中rRNA及r蛋白质的作用p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 蛋白质合成不仅要有合成的场所,而且还必须有mRNA、tRNA、20种氨基酸按照密码精确地掺入多肽链中，蛋白质因子、酶、Mg、K离子等参与由ATP、GTP提供能量等每一个核糖体一秒钟可翻译40个密码子而形成40个氨基酸肽键，其合成肽链效率极高蛋白质合成分为3大步骤：•氨基酸的活化及其与专一转移核糖核酸(tRNA)的连接•肽链的合成（包括起始、延伸和终止）•新生肽链加工成为成熟的蛋白质p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成• 此步骤在胞质中进行• 氨基酸本身不识别密码，不直接反应生成肽链，不直接到达核糖体上，需借助转运RNA（tRNA）• 特异性的氨酞tRNA合成酶催化氨基酸的羧基与其对应的tRNA的3′端羟基反应，生成含高能酯键的氨酰tRNA　　 氨基酸+ATP＋tRNA →氨酰tRNA＋AMP＋PPi　　• 反应都是在氨酰tRNA合成酶催化下进行的，具有高度专一性每一种氨基酸均有专一的氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）氨基酸的活化及其与专一tRNA的连接肽链的合成•分3个步骤：起始、延伸、终止•蛋白质合成方向从氨基端（N端）向羧基端（C端）进行•mRNA的翻译方向是从5′端到3′端p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-起始1.小亚基与mRNA起始密码子的结合2.第一个氨酰-tRNA进入核糖体3.完整起始复合物的装配（assembling）肽链的合成-起始原核生物的蛋白质合成的起始(引自Gerald Karp,Cell and Molecular Biology,2004)p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-延伸1.氨酰-tRNA进入A位点2.肽键（peptide bond）的形成 3.转位（translocation）4.去氨酰tRNA的释放肽链的合成-延伸原核生物的蛋白质合成的延伸(引自Gerald Karp,Cell and Molecular Biology,2004)p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成 64个密码子中有3个终止密码子，不编码氨基酸而终止多肽的装配。

当核糖体到达UAA、UAG和UGA任何一个密码子，由于没有与之相匹配的反密码子，终止蛋白质的延伸，导致多肽链从tRNA中脱离出来p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成肽链的合成-终止肽链的加工•除去N端的甲酰甲硫氨酸（原核）或甲硫氨酸（真核）•切除没有功能却存在于前体中的肽段•氧化二个半胱氨酸的巯基生成二硫键•氨基酸残基的修饰，如：磷酰化、糖基化、甲基化、乙酰化和羟基化•结构蛋白需经过修饰、剪接后形成四级结构而发挥功能p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成嘌呤霉素对蛋白质合成抑制p 核糖体的作用与蛋白质的生物合成p 多聚核糖体•核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体（polyribosomes或polysome）•多聚核糖体的生物学意义n细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等n以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效 p 多聚核糖体电镜下的多聚核糖体p 多聚核糖体第三节 非编码RNA一、核酶二、小RNA三、lncRNAProportion of functional elements within genomes 基因组和转录 Genome and transcription (tiling array data)•编码蛋白序列 Protein coding sequence–人 (Human) 基因组的 ~2-3 %–线虫(c.elegans) 基因组的 ~25 %•基因组的转录水平 Transcriptional activity–人基因组的 ≧ 90 % (40-50X)–线虫 基因组的 ~70 % (2-3X)绝大部分的转录产物是 非编码RNA物种间最主要的差别也是 非编码RNA基因组的转录情况 Transcriptional output/complexity名称名称定义定义功能功能大小大小(nt)(nt)mRNAsMessenger RNA编码蛋白质的信使RNA变化大rRNAsRibosomal RNA核糖体RNA，催化蛋白质合成人：120,160,1868,5024 tRNAsTransfer RNA运输RNA,蛋白质合成中作为mRNA和氨基酸之间的桥梁70-90snRNAsSmall nuclear RNA小的细胞核RNA，在细胞核加工中起作用，如pre-mRNA的加工100-300snoRNAsSmall nucleolar RNA小核仁RNA，对rRNA进行加工和修饰60-300scaRNAsSmall Cajal body-associated RNA在cajal小体中发现，用于修饰snRNA200-300miRNAsMicroRNAs小RNA，用于降解mRNA和阻断翻译 21-22siRNAsSmall interfere RNAs小干扰RNA，直接降解mRNA和建立压缩的染色质结构20-25piRNAsPiwi-interacting RNA生殖细胞中的小RNA，维持转座子沉默,抵抗转座子，在配子发生中起作用23-30lncRNAsLong noncoding RNA长链非编码RNA,用多种功能，如调控基因的转录等200以上细胞中主要的RNA种类 具有催化功能的RNA称为酶性RNA，又称核酶(ribozyme，Rz)；具有催化功能的DNA称为酶性DNA，又称脱氧核酶(deoxyribozyme，DRz)，两者统称核酶(nucleozyme)。

与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶 核酶的发现突破了酶是蛋白质的经典观念，是人类对酶化学本质认识的飞跃，补充和发展了“中心法则”一、一、 核核 酶酶•发现n1980s nThomas Cech等发现n研究四膜虫的26SrRNA前体加工n发现:26S rRNA前体可进行自剪切(self- splicing)•证明n26SrRNA基因克隆n无细胞系统中转录n研究26SrRNA的前体分子剪切p 核酶的发现p 核酶的类型•Rz广泛存在于由低等到高等的多种生物中，参与细胞内RNA及其前体的加工和成熟过程目前自然界发现的核酶按分子大小分类，可分为大分子核酶和小分子核酶两类•DRz是利用体外分子生化技术获得的一种具有高效催化活性和结构识别能力的单链DNA片段迄今已发现的DRz有几十种，但有类似催化活性的DRz在自然界中还没找到p 核酶的类型大分子Rz的类型：• 核糖核酸酶P(RnaseP）催化切割tRNA、rRNA• I类内含子• II类内含子小分子Rz的类型：• 锤头型• 发夹型• HDV（丁型肝炎病毒）核酶• VS核酶p 核酶的类型• 具有RNA切割活性• 具有DNA连接酶活性• 具有卟啉金属化酶和过氧化酶活性• 具有DNA水解活性• 具有DNA激酶活性• 具有N2糖基化酶活性• 具有DNA戴帽活性DRz的类型p 核酶的类型Rz与DRz的比较：特性DRzRz化学组分 DNARNA催化特性 高度专一性和高效性，与底物严格按照碱基配对原则结合。

DRz-mRNA杂交分子较Rz-mRNA杂交分子易解离；催化效率远远高于Rz 高度专一性和高效性，与底物严格按照碱基配对原则结合 成构及活性中心特点缺少2-羟基，分子量较小，受靶序列二级结构的影响较弱，活性中心结构有更大的选择性，对底物的趋近性比Rz好，一般DRz较Rz有更多的剪切靶位可供选择 每个核苷酸都具有一个2-羟基，结构相对复杂 p 核酶的类型Rz与DRz的比较：特性DRzRz底物DNA或RNARNA稳定性在生理pH、温度和离子强度等条件下，稳定性约为RNA的105 倍；在细胞培养和体内环境中，对核酸的降解作用比Rz高得多 与DRz相比稳定性差 p 核酶的作用机制各种核酶的RNA分子中内含子（Intron）切除机制的不同，可分为剪切型和剪接型两大类型•剪接型：相当于内切酶和连接酶两种酶的联合作用，催化自身RNA进行剪切和连接•剪切型：相当于内切核酸酶的作用，可催化RNA分子切除一段核苷酸序列核酶的剪切作用和剪接作用都不需要其它酶（蛋白质）参与，称为自我剪切(self-cleavage)和自我剪接（Self-Splicing）作用p 核酶的作用机制剪接型核酶的作用机制——第一类自我剪接• 包括I型内含子和II型内含子• 需要外源性亲和物质：外源鸟苷或其它亲和物质• 催化反应需Mg2+参与剪接型核酶的作用机制——第二类自我剪接•不需要外源性亲和物质，利用自身内部的腺苷作为亲和物质•催化反应需Mg2+参与•剪下的内含子生成一个套索(lariut)形式的中间产物p 核酶的作用机制剪切型核酶的作用机制•剪切型核酶是将自身RNA或异体RNA切除一段特异的核苷酸序列 •剪切型核酶的作用特点是只剪不接 •剪切型核酶都是通过同样可逆的磷酸二酯断裂反应来破坏RNA链 •目前，关于磷酸二酯的断裂机制尚有争议。

p 核酶的作用机制p 核酶的作用机制锤头型核酶 锤头型核酶(hammerhead ribozyme)• 是植物病毒中的一种核酶• 催化时形成一种特殊的二级结构，类似锤头• 有一个双链螺旋的柄结构(柄II)• 核酶同靶RNA配对形成柄Ⅰ和柄Ⅲ• 切点在靶RNA的柄Ⅰ、柄Ⅱ配对区之间p 核酶的作用机制p 核酶在演化中的地位 因发现RNA具有催化和自复制(不同于病毒RNA的自复制)功能而提出的一种假说，认为生物进化过程中，最早出现的生物大分子是RNA，而不是DNA和蛋白质，即在进化某个阶段有一个“RNA世界”RNA世界假说p 核酶的应用研究进展•用于生命起源的研究•用于植物病毒防治的研究•用于人类疾病防治的研究二、小二、小 RNARNA 小RNA（microRNA 或 small RNA）是一种长度介于20-24个核苷酸的单链RNA，作为一种负调控因子，miRNA作用于它们的靶标mRNA，能够在转录或翻译水平上对基因的表达起到调控作用 不同物种中大量的小RNA被报道p 小RNA的分类•siRNA由DICER(植物中为DCL4)识别并且切割的任何来源（内源或者外源）的双链RNA分子而形成•miRNA由II型聚合酶转录，经过DICER(植物中为DCL1)切割,成为成熟的功能小分子RNAp 小RNA的发生siRNA•源于外源病毒入侵或内源RNA产生的小分子双链RNA•长度一般为21nt-25nt•siRNA能够在细胞之间短暂转移植物病毒入侵诱导初生siRNAp 小RNA的发生miRNA•从自身基因组中转录并加工而成•pri-miRNA -> pre-miRNA -> miRNA•一个miRNA可调节具有共同功能域的几个不同基因p 小RNA的作用机制RNA诱导沉默复合体（RISC）RISC一种由多个蛋白质分子与siRNA组合而成的复合物，可切断双链RNA，或是与短小的反义RNA结合。

当RISC与互补链结合之后，会活化RNase，并将RNA切断 miRNA与siRNA参与调控基因沉默过程的异同p 小RNA的作用机制p 小RNA的作用机制除通过RISC对基因进行转录后调控外，siRNA还可以通过DNA甲基化、组蛋白甲基化等方式对基因的转录起到调控作用RdDM: RNA dependent DNA methylation，，only observed in plantsp 小RNA的生物学意义•参与发育•参与病毒防御•参与环境胁迫响应miRNAmiRNASiRNASiRNApiRNApiRNA来源来源内源产生内源产生内源或外源合成导入内源或外源合成导入内源产生内源产生转录酶转录酶RNARNA聚合酶聚合酶IIIIRNARNA聚合酶聚合酶IIIIRNARNA聚合酶聚合酶IIII形成形成单链单链RNARNA形成形成双链双链RNARNA单链单链RNARNA形成形成加工加工加工过程：剪切一个侧臂，加工过程：剪切一个侧臂，其他部分降解，加工成熟依赖其他部分降解，加工成熟依赖DicerDicer对称地来源于双链对称地来源于双链RNA RNA 前前体的两侧臂，加工成熟依赖体的两侧臂，加工成熟依赖DicerDicer大的大的RNARNA前体，被加工成大量的前体，被加工成大量的piRNApiRNA作用的作用的mRNAmRNA部位部位作用于靶标基因作用于靶标基因3 3’’-UTR-UTR区区作用于作用于mRNAmRNA任何部位任何部位作用于转座子作用于转座子RNARNA任何部位任何部位位点数位点数一个基因上可有多个作用一个基因上可有多个作用位点位点一个作用位点一个作用位点一个基因上可有多个作用位点一个基因上可有多个作用位点结合蛋白结合蛋白需要需要ArgonauteArgonaute家族蛋白家族蛋白形成形成RICSRICS复合物复合物与与Arg2Arg2等蛋白形成等蛋白形成RICSRICS复复合物合物与与PiwiPiwi、、ago3ago3、、AubergineAubergine等蛋等蛋白形成复合物白形成复合物效果效果抑制翻译或者导致抑制翻译或者导致mRNAmRNA降降解解靶标靶标mRNAmRNA降解降解转录转录水平（水平（PiwiPiwi）和转录后切）和转录后切割割(ago3(ago3、、Aub)Aub)抑制转座子活性抑制转座子活性存在的细胞存在的细胞广泛存在广泛存在广泛存在广泛存在仅在部分动物生殖细胞中发现仅在部分动物生殖细胞中发现功能功能主要参与发育过程，调节主要参与发育过程，调节表达表达RNAiRNAi产物，抑制转座子活产物，抑制转座子活性和病毒感染性和病毒感染只作用于转座子只作用于转座子mRNAmRNAmiRNA、 siRNA和piRNA的异同p 小RNA的应用RNAiRNA干扰（RNA interference，缩写为RNAi）是指一种分子生物学上由双链RNA诱发的基因沉默现象，其机制是通过阻碍特定基因的翻译或转录来抑制基因表达。

当细胞中导入与内源性mRNA编码区同源的双链RNA时，该mRNA发生降解而导致基因表达沉默，siRNA和miRNA介导的基因沉默现象均可称为RNAiRNAi现象可以广泛地应用于研究或治疗领域p 小RNA的应用用于疾病治疗RNAi主要通过在转录后水平阻断基因的表达，导致蛋白无法合成，出现“基因沉默”理论上说，我们可以关闭非必需或致病基因的功能，以达到治疗疾病的作用动物实验已证明，可以通过RNAi的方法使导致血胆固醇升高的基因“沉默”；病毒性疾病（HIV，肝炎等），心血管代谢性疾病等方面的临床试验也正在进行中；这一方法为病毒性肝炎、艾滋病和肿瘤等人类顽疾的治疗指了一条新路 p 小RNA的应用用于科学研究 在科学研究中，很多时候需要用到基因敲除技术来对某一基因的功能进行研究传统的在基因组水平上剔除基因费时费力，实验周期长利用RNAi技术，可以方便地通过siRNA或siRNA表达载体对目标基因基因进行沉默，已成为研究基因功能的重要手段p 小RNA的应用用于动植物品种改良通过RNAi的方法，利用基因工程的手段对动植物的遗传特性进行改变，以获得新的品种 p 小RNA的应用用于病毒防御 Hu WY等证明了siRNA能阻抑逆转录Rous 肉瘤病毒（RSV）感染脊椎动物； Leonid等发现针对脊髓灰质炎病毒中编码衣壳蛋白或编码病毒聚合酶的mRNA的siRNA可以抑制病毒复制，加速清除受染细胞中的脊髓灰质炎病毒； Jia等发现Rta-siRNA( Rta是疱疹病毒基因表达的一种起始转录因子)和ORF45-siRNA能特异阻止疱疹病毒复制。

三、长链非编码 RNA 长链非编码RNA(1ong non coding RNA, lncRNA)：不编码蛋白且转录本超过200个核苷酸的RNA分子，lncRNAs和mRNA类似，主要由RNA聚合酶II (RNA PII) 转录，有可变剪接，有些具有poly(A)尾巴，有些没有poly(A)尾巴 Figure 1. Paradigms for how long ncRNAs function. Recent studies have identified a variety of regulatory paradigms for how long ncRNAs function, many of which are highlighted here. Transcription from an upstream noncoding promoter (orange) can negatively (1) or positively (2) affect expression of the downstream gene (blue) by inhibiting RNA polymerase II recruitment or inducing chromatin remodeling, respectively. (3) An antisense transcript (purple) is able to hybridize to the overlapping sense transcript (blue) and block recognition of the splice sites by the spliceosome, thus resulting in an alternatively spliced transcript. (4) Alternatively, hybridization of the sense and antisense transcripts can allow Dicer to generate endogenous siRNAs. By binding to specific protein partners, a noncoding transcript (green) can modulate the activity of the protein (5), serve as a structural component that allows a larger RNA–proteincomplex to form (6), or alter where the protein localizes in the cell (7). (8) Long ncRNAs (pink) can be processed to yield small RNAs, such as miRNAs, piRNAs, and other less well-characterized classes of small transcripts.Long noncoding RNAs: functional surprises from the RNA worldGenes Dev. 2009 23: 1494-1504Access the most recent version at doi:10.1101/gad.1800909 lncRNAslncRNAs转录干扰的调控机制转录干扰的调控机制: :（1）抑制RNA聚合酶（RNAPII）的活性（2）作为共调节子干扰转录因子的活性（3）通过核小体的重置来进行转录干扰（4）通过招募染色质重塑复合物进行转录干扰（5）通过促进启动子DNA甲基化来进行转录干扰（6）在沉默启动子上维持染色质阻抑结构实现转录干扰lncRNAslncRNAs转录激活的调控机制转录激活的调控机制: : （1）lncRNA创造了一个自由的染色质环境，最近报道ncRNA可以直接从转录增强子上转录(称为增强子或eRNA)，可能介导复合物与核心转录起始位点的相互作用，锁定稳定的转录起始过程。

（2）ncRNA 和位点激活，另一种lncRNA激活基因表达的方式是阻止阻遏复合物的进入，如人的HOXA基因簇的活化表达与lncRNA 及PCG/染色质相互作用失活有关lncRNAlncRNA的转录后调控和其它作用的转录后调控和其它作用（1）参与可变剪接,即lncRNA可以与编码蛋白基因的转录本形成互补双链干扰mRNA的剪切，进而产生不同的剪切形式；（2）lncRNA与编码蛋白基因的转录本形成互补双链，在Dicer酶作用下产生内源性的siRNA，负调控基因的表达水平；（3）可作为小分子RNA（如miRNA）的前体分子，负调控基因表达；（4）lncRNA结合在特定蛋白质上调节相应蛋白的活性内源性竞争内源性竞争RNARNA（（ceRNAceRNA）） ceRNA（competing endogenous RNAs）假说揭示了一种RNA间相互作用的新机制ceRNA可以通过竞争性地结合miRNA来调节基因表达ceRNA可以通过应答元件（microRNA response elements，MREs)与miRNA结合从而影响miRNA导致的基因沉默，这揭示了一条RNA->miRNA调节通路的存在 A Large Intergenic Noncoding RNA Induced by p53 Mediates Global Gene Repression in the p53 Response Cell 142, 409–419, August 6, 2010在这篇文章，作者发现P53可以直接提高lncRNA-P21的表达，然后lincRNA-P21与蛋白hnRNP-K结合，再调节其他基因的表达（如图）     A ceRNA Hypothesis: The Rosetta Stone of a Hidden RNA Language?Cell, Volume 146, Issue 3, 353-358, 28 July 2011竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA)Figure 1. The Basis of the ceRNA LanguageHow mRNAs affect microRNAs is less well characterized than how microRNAs affect mRNAs.(A)The relationship between mRNAs and microRNAs could be reciprocal (Seitz, 2009), causing the level of one mRNA to influence the level and activity of another mRNA.(B) Thus, RNA molecules could communicate with each other through microRNA and microRNA response sequences (MREs). The greater the number of shared MREs, the greater the level of ‘‘communication’’ and thus coregulation.(C) The 3’UTRs of RNA molecules contain MREs, which can function in cis to regulate the RNA molecule itself but also possibly in trans to regulate levels of microRNAs and consequently other RNAs. 环环RNARNA怎样像海绵一样吸收微怎样像海绵一样吸收微RNARNA？？ 环RNA (circRNA)已在哺乳动物细胞中被发现，但它们的功能一直不清楚。

现在，来自Nikolaus Rajewsky实验室和Jørgen Kjems实验室的两篇论文确定了与微RNA miR-7相结合的一个环RNA的一种功能他们发现，这个环RNA充满了微RNA结合点，可起“海绵”的作用，能在每个环RNA分子上结合大量微RNA这些研究说明环RNA在转录后调控中扮演一个角色MicroRNAs (miRNAs) lie in a fitness valley constrained by their numerous interactions, which include those with the hairpin structure of the precursor miRNA (pre-miRNA), the many target mRNAs and other RNAs that terminate or modulate miRNA binding to target sequences by competing against them. The latter category includes competing endogenous RNAs (ceRNAs), pseudogene decoys and miRNA mimics. Two studies1, 2 introduce circular RNAs (circRNAs) as another constraining factor. MRE, miRNA-response element.21 MARCH 2013 , Vol 495  Nature pp333;  pp384 Rev-Erbs repress macrophage gene expression by inhibiting enhancer-directed transcription. Nature, 02 June 2013; DOI: 10.1038/nature12209Functional roles of enhancer RNAs for oestrogen-dependent transcriptional activation. Nature, 02 June 2013; DOI:10.1038/nature12210Widespread transcription at neuronal activity-regulated enhancers。

Nature, 13 May 2010 DOI:doi:10.1038/nature09033eRNA(enhancer RNAs, enhancer-directed RNAs)Thank You 。