RNA和RNA组学研究进展
基于RNA测序技术的代谢组学研究进展
基于RNA测序技术的代谢组学研究进展近年来，随着RNA测序技术的发展和应用，代谢组学研究也得到了重大进展。
这项技术基于RNA测序技术，通过对不同细胞类型或不同环境条件下某一种生物体内RNA的序列分析，鉴定出各种代谢物，并进一步发掘代谢通路及其调控机制。
在生命科学、疾病诊断和治疗等方面应用广泛。
一、RNA测序技术概述RNA测序技术主要分为两种：第一种是转录组测序技术，可以用来研究细胞或组织在不同生理条件下的基因转录水平，从而识别功能相关基因；另一种是RNA剪接测序，用于检测RNA前体分子剪接产物，进而鉴定链型和剪接位点。
在RNA测序技术中，主要的两种方法是表达测序技术和单细胞测序技术。
表达测序技术是对基因表达水平的统计分析，能够测定RNA在整个样品组中的产量，包括在两个或多个样品之间的比较。
单细胞测序技术是针对生命体中单个细胞进行分析，可以展现各个细胞类型和亚型间表现的差异。
二、基于RNA测序技术的代谢组学研究进展RNA测序技术在代谢组学研究中的应用主要有两个方面：转录组代谢组联合分析和代谢组逆推转录组。
转录组代谢组联合分析方案中，它能够识别不同生物条件下代谢通路调控的相关基因，从而分析和比较代谢通路路径中不同环节的差异性。
这样可以为深入研究各种代谢通路的机制提供更有力的证据。
代谢组逆推转录组方案则是针对代谢物进行研究，通过分析代谢产物的变化，确定出相应的基因表达变化。
对于某些疾病诊断和预测方面，该方案应用较为广泛。
三、RNA测序技术的优势与局限RNA测序技术的优势在于：先进的高通量技术，使得对其他技术难以测定的低丰度基因或转录物进行研究成为可能；RNA分子具有广泛的生物学功能，有助于研究转录水平的影响和生物体中其他代谢物的研究。
在代谢组学研究领域，RNA技术也为代谢物的发现、研究和诊断提供了新的方法和突破。
然而，RNA测序技术也存在一些局限。
除了技术成本高，RNA分子本身在样品采集、处理和储存过程中易被分解，同时存在重复和杂讯，加剧了实验误差。
RNA组学
5．RNA修饰 RNA修饰
RNA由 种核苷酸组成，但通过核苷酸的修饰 核苷酸的修饰增 RNA由４种核苷酸组成，但通过核苷酸的修饰增 加了RNA结构的复杂性， RNA功能多样性提供了 加了RNA结构的复杂性，为RNA功能多样性提供了 RNA结构的复杂性 物质基础。 物质基础。 ｒRNA中核苷酸的甲基化修饰和假脲嘧啶的生物 RNA中核苷酸的甲基化修饰和假脲嘧啶的生物 合成、以及其加工和细胞定位转运，均有一类小 合成、以及其加工和细胞定位转运，均有一类小 分子ｒRNA参与 参与。 分子ｒRNA参与
ห้องสมุดไป่ตู้18
• RNA的生物功能远超出了遗传信息传递中介的范 RNA的生物功能远超出了遗传信息传递中介的范 围，所以研究所有上述各种RNA的时空表达情况 所以研究所有上述各种RNA的时空表达情况 RNA 及其生物学意义， 及其生物学意义，将在全面破解生命奥秘过程中 发挥重要作用。 发挥重要作用。 • 中外科学家都注意到了以此为研究对象的RNA组 中外科学家都注意到了以此为研究对象的RNA组 RNA 问题。我国科学家在1998年12月第109次香山科 问题。我国科学家在1998年12月第109次香山科 1998 月第109 学会议、2000年1月第11次东方科技论坛和2000 学会议、2000年 月第11次东方科技论坛和2000 11次东方科技论坛和 年3月国家重点基础研究计划（973项目）评审会 月国家重点基础研究计划（973项目） 项目 上，提到了“功能RNA组研究”。 提到了“功能RNA组研究” RNA组研究
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RNA的编 （2）很多生物ｍRNA的成熟过程中，均需经RNA的编 很多生物ｍRNA的成熟过程中，均需经RNA 的成熟过程中 一种RNA编辑是以另一RNA为模板来修饰ｍ RNA编辑是以另一RNA为模板来修饰 辑。一种RNA编辑是以另一RNA为模板来修饰ｍRNA 前体。通过编辑，可以给ｍRNA前体添加新的遗传 前体。通过编辑，可以给ｍRNA前体添加新的遗传 信息。 信息。 （3）在蛋白质生物合成过程中，有多种称为"再编 在蛋白质生物合成过程中，有多种称为" 的方式。通常，ｍRNA编码区的每三个核苷酸 ，ｍRNA 码"的方式。通常，ｍRNA编码区的每三个核苷酸 组成一个密码子。此时， 组成一个密码子。此时，编码区的每个核苷酸只 能也必须被阅读一次。但在再编码过程中，有的 能也必须被阅读一次。但在再编码过程中， 核苷酸被跳过而没被阅读， 核苷酸被跳过而没被阅读，有的核苷酸却被阅读 了两次，有的密码子被用来翻译特殊氨基酸。 了两次，有的密码子被用来翻译特殊氨基酸。
RNA研究进展
gRNA——RNA编辑 SRP-RNA——蛋白质的分泌
端粒RNA——DNA端粒合成并影响细胞的寿命
tmRNA——破损mRNA蛋白质合成的终止等。尚有很
多RNA的功能还未鉴定，
如很多scRNA(细胞质小分子RNA)、用沉降系数命名
的7S, 10S RNA等。
估计: 生物体内RNA基因数相当于蛋白质基因数
RNAi 作为一种研究工具
优点：High Specificity：perfect match High efficiency：single copy per cell in some cases High success rate：50%-80% target effective
RNAi研究基本步骤
51
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四、RNA生物功能的多样性：
1、RNA在遗传信息的翻译中起着决定的作用 mRNA tRNA 信使(messenger)和模板(template) 转运(transfer)和信息转换(adaptor)
rRNA
装配 (assembler)和催化(catalyst)
•
延伸
1992年,Holler证明转肽反应是由核糖体大亚基rRNA 所催化,核糖体蛋白质被认为只起辅助作用
简单定义：由双链RNA来降解RNA，从而抑制RNA 转录后的翻译，使得相应基因沉默（posttranscriptional gene silencing, PTCG)的一项技术。
dsRNA
mRNA
是生物体在进化过程中,抵御病毒感染及由于 重复序列和突变引起基因组不稳定性和保护机制.
RNAi Mechanism
4、对基因表达和细胞功能的调节作用
反义RNA——改变靶部位构象影响其功能 micRNA——可调节mRNA的翻译 oxySRNA——抗氧胁迫，多效，抗突变 roX1RNA——激活雄性X染色体转录活性 XistRNA——哺乳类雌性两性X染色体之一失活
RNA二级结构分析和预测技术的研究进展
RNA二级结构分析和预测技术的研究进展随着基因组学和生物信息学的快速发展，RNA 的研究逐渐成为了生物学领域中的热门话题。
RNA 作为细胞内不可缺少的生物分子，其结构对于细胞内的生命活动具有重要影响。
因此， RNA 二级结构分析和预测技术的研究对于抗病毒药物的开发、基因编辑技术的应用、基于RNA 的基因表达调控等方面具有重要意义。
一、RNA 二级结构的定义RNA 分子是由核苷酸单元组成的双链分子，其中的核苷酸单元与脱氧核苷酸（DNA）非常相似。
在 RNA 分子的单链结构中，核苷酸单元可以形成多种复杂的结构，这些结构称为 RNA 的二级结构。
RNA 二级结构可以用结构图表示，常见的表示方式为圆形图和线性图。
二、RNA 二级结构分析的方法RNA 二级结构分析的方法主要有两种，一种是基于实验的方法，另一种是基于计算模型的方法。
基于实验的方法包括X 射线晶体学（X-ray crystallography）、核磁共振（NMR）和化学酶切等。
这些方法可以获得 RNA 分子的高分辨率结构，但需要进行耗时耗费的实验操作，并且对 RNA 分子的稳定性和纯度要求较高。
基于计算模型的方法则是利用计算机算法对 RNA 分子进行分析和模拟，通过预测 RNA 分子的二级结构。
这种方法可以极大地提高 RNA 二级结构分析的速度和效率，而且不需要高昂的仪器和耗材成本，因此被广泛应用于 RNA 研究中。
三、RNA 二级结构预测的算法二级结构预测的算法主要分为两类：能量最小化算法和比较序列算法。
1、能量最小化算法这种算法试图找到使 RNA 分子化学自由能最小化的二级结构。
这种算法的优点在于可以预测较大的RNA 分子的结构，但其需要调节多个参数才能得到最优解，并且实际上产生的结构与预期的结构未必完美匹配。
2、比较序列算法比较序列算法是一种基于多序列比较的二级结构预测方法。
通过比较多个同源RNA序列的差异，可以猜测RNA分子的结构。
这种方法的优点是可以在相对较短的时间内得到相当准确的结果，但需要一定数量的同源RNA序列作为输入数据。
免疫细胞组学研究的新方法与进展
免疫细胞组学研究的新方法与进展免疫细胞组学（immunocellomics）是一门研究免疫细胞在免疫系统中的不同类型和功能的学科。
近年来，随着高通量单细胞测序技术的发展，免疫细胞组学研究得到了快速发展。
在研究免疫细胞组学时，选择正确的方法和技术是非常重要的。
本文将介绍几种新的方法和技术，在研究免疫细胞组学时发挥了重要作用。
1. 单细胞RNA测序（scRNA-seq）单细胞RNA测序技术是解决传统RNA测序方法中平均化测序数据的问题的一种手段。
在单细胞水平上进行RNA测序可以获得每个细胞样本的转录组数据，从而了解细胞之间差异和功能。
单细胞RNA测序技术已经被广泛应用于免疫细胞组学研究中，帮助我们了解单个免疫细胞如何生产不同的抗体、调节细胞免疫和防御机制等。
这种技术使得研究人员可以获得全新的、深入的免疫细胞组学数据，可以用于诊断和治疗疾病、疫苗开发和新药物发现等领域。
2. 批量RNA测序批量RNA测序技术是一种检测有机体中所有mRNA的手段。
相比较单细胞RNA测序技术，批量RNA测序技术具有一个最显著的优势——可以对成千上万个细胞进行分析。
这个手段允许对多个样本之间的差异进行比较，可以更好地了解免疫系统的反应机制。
3. CyTOF分析CM利用金属同位素替代传统的荧光染料，从而允许我们进行高通量细胞标记，并分析单个单元素/多元素。
CyTOF技术可以分析多达45种不同类型的白细胞，包括NK细胞、T细胞、B细胞和单核细胞。
CyTOF技术还可以分析可溶性蛋白和细胞因子，包括细胞激素、趋化因子和生长因子等。
CyTOF技术有助于我们了解免疫细胞的数量、免疫浸润和免疫细胞之间的互作。
4. 免疫组化技术免疫组化是在组织切片上检测蛋白质的手段。
这种方法也可以用于研究免疫细胞，进行细胞分型和分析。
这种分析方法可帮助研究人员确定细胞在组织中的位置和相对数量等信息，并评估细胞状态和功能。
综上所述，免疫细胞组学研究现在正迅速发展。
rna功能的研究进展
RNA功能及研究进展许秀勤-2015220600-生物科学与技术学院RNA指ribonucleic acid 核糖核酸,核糖核苷酸聚合而成的没有分支的长链。
分子量比DNA小,但在大多数细胞中比DNA丰富。
RNA主要有3类,即信使RNA(mRNA),核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)。
rRNA是核糖体的组成成分,由细胞核中的核仁合成,而mRNA、tRNA在蛋白质合成的不同阶段分别执行着不同功能;mRNA是以DNA的一条链为模板,以碱基互补配对原则,转录而形成的一条单链,主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达,是遗传信息传递过程中的桥梁;tRNA 的功能是携带符合要求的氨基酸,以连接成肽链,再经过加工形成蛋白质。
1.携带遗传信息在RNA病毒中,RNA是遗传物质,植物病毒总是含RNA。
近些年在植物中陆续发现一些比病毒还小得多的浸染性致病因子,叫做类病毒。
类病毒是不含蛋白质的闭环单链RNA分子2.具有催化活力核酶(ribozyme)是具有催化功能的RNA分子,是生物催化剂,可降解特异的mRNA序列。
具有核酸内切酶和连接酶的活性,能够对体内合成的RNA进行加工和处理,这些过程是不需要任何蛋白质和酶的参与。
研究的追彻底的是RNaseP,它是核糖核蛋白体复合物,能剪切所有tRNA前体的5’端,除去多余的序列,形成3’-OH 和5’-磷酸末端。
3.调控功能体内许多RNA调控体内的各种代谢平衡,如反义RNA、sRNA、gRNA等等,对体内的基因表达起到调控的作用。
应用:RNA干扰(RNAi)RNA干扰(RNA interference, RNAi)是指在进化过程中高度保守的、由双链R NA(double-stranded RNA,dsRNA)诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。
基因沉默,主要有转录前水平的基因沉默(TGS)和转录后水平的基因沉默(P TGS)两类:TGS是指由于DNA修饰或染色体异染色质化等原因使基因不能正常转录;PTGS是启动了细胞质内靶mRNA序列特异性的降解机制。
RNA的功能及新型技术的研究进展
RNA的功能及新型技术的研究进展RNA是生物体内重要的核酸分子，在遗传信息传递、蛋白质合成等许多生命活动中发挥着重要的作用。
此外，随着科技的不断进步，越来越多的研究表明，RNA在细胞的调控、疾病发生发展等方面也起着至关重要的作用。
一、RNA的功能RNA是一种核酸分子，也即是由核苷酸单元组成的长链分子，其与DNA有着很高的相似性，但也有着一些显著的差别。
相比于DNA，RNA的一些重要特性表现为：1. RNA只有单链，而DNA则是双链结构；2. RNA中的碱基与DNA基本一致，但有时在RNA中会出现尿嘧啶（U）替代DNA中的胸腺嘧啶（T）；3. 不同于DNA只能以双螺旋的形式存在，RNA还有各种结构，如tRNA的小臂、大臂以及环状结构等。
在细胞内，RNA的生物学功能十分多样。
首先，RNA是基因的转录产物，可以被编码为肽链，进而合成为蛋白质。
在这一过程中，RNA的基因表达水平和空间定位都十分重要。
此外，RNA还可以形成多种结构，其中最为常见的几种结构为：mRNA、rRNA、tRNA和snRNA等。
其中，mRNA是messenger RNA的缩写，负责将蛋白质编码信息从DNA上转录到核糖体中合成蛋白质；rRNA是ribosomal RNA的缩写，是构成核糖体的一部分；tRNA则与氨基酸结合，将氨基酸带到核糖体上，参与蛋白质合成。
除此之外，RNA还在细胞周期和细胞分化、细胞死亡、蛋白翻译后修饰等方面发挥着重要的作用。
其中，RNA参与调控基因表达的机制十分繁多，如RNA修饰和非编码RNA等。
二、RNA的新型技术研究进展由于RNA在细胞调控、疾病发生发展中的重要作用，研究人员一直致力于发展各种新型技术，以更深入地解析RNA在生命体内的功能与应用。
其中，最近几年较为突出的研究方向包括：1.siRNAsiRNA是小干扰RNA（small interfering RNA）的缩写，是一种由脱氧核糖核酸（dsRNA）降解产物。
分子生物学的现状与研究进展
分子生物学的现状与研究进展分子生物学是生物学的一个重要分支学科，它研究生物体内分子水平的生物学现象和过程，包括基因的组织和调控、蛋白质的合成和功能等。
近年来，随着技术的不断进步和研究方法的不断拓展，分子生物学取得了很多新的研究进展，为人们对生命的认识提供了更深入的理论基础。
首先，基因组学的快速发展是近年来分子生物学的一大突破。
基因组学是研究生物体基因组结构和功能的学科，通过大规模测序技术和生物信息学分析，人类和其他生物的基因组已经被广泛测序和分析，揭示了基因的组织和调控模式，以及不同生物之间的遗传差异。
此外，随着单细胞测序技术的发展，人们能够深入研究个体细胞的基因表达差异，从而揭示细胞发育和功能的分子机制。
其次，蛋白质组学的研究也取得了重要进展。
蛋白质组学是研究生物体内全部蛋白质的结构和功能的学科，它通过质谱技术、蛋白质组芯片等方法，从整体上揭示蛋白质的表达模式、互作网络和修饰状态。
蛋白质组学的研究对于揭示生物体的功能和疾病机制具有重要意义，例如在癌症研究中，蛋白质组学揭示了癌细胞与正常细胞的蛋白质表达差异和信号通路改变，为癌症诊断和治疗提供了新的思路。
此外，RNA生物学的研究也取得了重要进展。
RNA生物学是研究RNA 的合成、修饰和功能的学科，通过转录组学和RNA组学研究，人们发现RNA在基因表达调控和蛋白质合成中起着重要的作用。
例如microRNA是一类调控基因表达的重要分子，其异常表达与多种疾病的发生发展密切相关。
此外，近年来还出现了一种新型RNA，被称为长链非编码RNA （lncRNA），它在基因表达调控和细胞功能调控中起着重要作用，对于揭示RNA的多功能性和生物学机制有重要意义。
总之，分子生物学作为生物学的重要分支学科，近年来取得了诸多研究进展。
基因组学、蛋白质组学、RNA生物学等领域的研究深入揭示了生命的分子机制和生物多样性。
同时，新的技术和方法的应用也为分子生物学研究提供了更多的手段和突破口。
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核 糖 体 的 电 子 密 度 图
核糖体大亚基旋转花冠图
23S rRNA的二级结构
核糖体大亚基RNA的四级和二级结构
核糖体大亚基RNA的四级和二级结构（续）
23S rRNA的保守和扩展序列
大 亚 基 核 糖 体 蛋 白 质 骨 架 结 构
核 糖 体 大 亚 基 表 面 的 蛋 白 质
Conformational differences between rRNAs in 70S ribosomes and 30S and 50S subunits
亚基间桥
亚 基 间 桥 （ 续 ）
tRNA-ribosome interactions
Two views of the A-tRNA anticodon stem loop bound to its codon in the 30S subunit A site
mRNA、tRNA、rRNA的功能
多聚核糖体的电镜和示意图
原核生物核糖体的大亚基和小亚基
原 核 和 真 核 生 物 的 核 糖 体
原核和真核生物核糖体的装配
原核和真核生物的转录和翻译过程
核糖体的解聚与重新装配
蛋白质的翻译过程
翻译过程中的转位
翻译过程的终止
基 因 的 三 联 密 码 表
Electron density of tRNAMetf bound to the P site of the 70S ribosome, at 5.5 Å resolution
70 核 糖 体 的 结 构
S
Secondary and tertiary structures of 16S, 23S, and 5S rRNAs
三 联 密 码 子 按 简 并 性 排 列
中 参 的与 识氨 别酰 因 子 tRNA 合 成 酶
tRNA
酵 母 丙 氨 酸 的 一 级 结 构
tRNA
tRNA的氨酰化反应
tRNA 的 氨 酰 化 反 应
The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 Å Resolution
肽基转移酶底物和类似物的化学结构
氧：红 磷：黄 氮：兰 碳：绿 底物：灰
底物类似物的相位电子密度图
A-和P-位点结合的组合模型
23S\5S rRNA、蛋白质和组合CCA的填空模型
域5活性位点区的立体图
The closest approach of polypeptides to the peptidyl transferase active site marked by the Yarus inhibitor, CCdA-p-Puro
1
Center for Molecular Biology of RNA, Sinsheimer Laboratories, University of California at Santa Cruz, Santa Cruz, CA 95064, USA. 2 Berkeley Center for Structural Biology, Physical Biosciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720, USA. 3 Whitehead Institute, Cambridge, MA 01242, USA.
非编码RNA的名称与缩写符号
Noncoding RNAs (ncRNAs) in eukaryotes Small RNA (sRNA) in bacteria Small nuclear RNAs (snRNAs) Small nucleolar RNAs (snoRNAs) MicroRNA(miRNA) Small temporal RNAs(stRNAs) Small interfering RNAs(siRNAs) RNA interference (RNAi) Guide RNAs(gRNAs) tRNA/mRNA: tmRNA
RNA和RNA组学（RNomics) 研究进展
Reference: An expanding universe of noncoding RNA. 2002. Science. 296:1260-1263 () Glimpses of a tiny RNA world. 2001. Science. 294:797-799. Non-coding RNAs: the architects of eukaryotic complexity. 2001. EMBO Reports. 2(11):986-991. ()
Structural Basis of Transcription: RNA Polymerase II at 2.8 Ångstrom Resolution
Science. 2001. 292:1863-1876.
Patrick Cramer,* David A. Bushnell, Roger D. Kornberg
Department of Structural Biology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305-5126, USA.
Refined Pol II structure
Structure of Rpb1
(A to D) Structure of Rpb2
小鼠脑 组织匀浆 总RNA 8%PAGE
回收50-110nt(fractionI)和110-500nt(fractionII) Poly(A)聚合酶加C尾 PCR 小RNA 高密度阵列 cDNA pSPORT1
杂交除去高丰度、已知的
未杂交的cDNA测序
详见：http://exppc01.uni-muenster.de/expath/snmrnas.htm
数存在于第3字母。98%转录物是非编码蛋白RNA。
RNA的种类及主要功能
Ribosomal RNAs (rRNAs): translation Transfer RNAs (tRNAs): translation Messenger RNAs (mRNAs): protein template Noncoding RNAs(ncRNAs): various types and functions
Structure and location of the Rpb3/10/11/12 subassembly
Structure and location of Rpb5, Rpb6, Rpb8, and Rpb9
Surface charge distribution and factor binding sites
Proposed path for straight DNA in an initiation complex
Sequence identity between RNA polymerases
A conserved RNA polymerase core structure
非编码RNA的结构与功能
Science. 2001. 292:883-896.
Marat M. Yusupov,1* Gulnara Zh. Yusupova,1* Albion Baucom,1 Kate Lieberman,1 Thomas N. Earnest,2 J. H. D. Cate,3 Harry F. Noller1
DNA RNA
蛋白质
基因组学 RNA组学
蛋白质组学
蛋白质编码基因数量
人： 酿酒酵母： 假单孢菌： 30,000 6,200 5,500
果蝇和线虫：12,000-14,000
2倍
2倍
人和鼠的蛋白质编码基因99%是共同的。 人个体间单倍体基因组的碱基差异300万个，其中1
万个（0.3%）出现在蛋白质编码基因中，且绝大多
A. 直接配对 B. 模拟其他核 酸结构 C. 形成RNA-蛋 白质复合物
ncRNA(red)的各种作用方式
Comparison of the prokaryotic and proposed eukaryotic genetic operating systems
1
Department of Molecular Biophysics and Biochemistry and 2 Department of Chemistry, Yale University, and 3 Howard Hughes Medical Institute, New Haven, CT 06520-8114, USA. * These authors contrib(A) Interaction of E-tRNA with the ribosome. (B) Secondary structures of 16S and 23S rRNA, showing molecular contacts with A-tRNA (gold), P-tRNA (orange), and E-tRNA (red)
存在问题：基因的特异时空和瞬时表达
蛋白质-RNA复合物分离法
分离蛋白质- RNA复合物，除去蛋白质，纯
化RNA分子，反转录成cDNA，克隆，测序，
结果分析。 所得RNA的cDNA克隆必须进行Northern杂交， 以确认其转录物大小是否相符。
Noncoding RNA functions and involving in processes
Conserved nucleotides in the peptidyl transferase region with bound CCdA-p-Puro
肽 基 转 移 酶 活 性 位 点 的 催 化 装 置