导图社区 【9】基因组学——RNA与转录组(NGS、RNA-seq、基因表达调控)
测序、转录组测序、单细胞测序、基因调控、NGS、RNA 世界,RNA:存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒的遗传信息载体、一般单链。
编辑于2023-08-11 21:44:03 北京市DNA修饰 DNA甲基化 RNA修饰 蛋白修饰 组蛋白修饰 3D基因组 及其技术。人类每个细胞的基因组一样,但功能、形态、不一样。
测序、转录组测序、单细胞测序、基因调控、NGS、RNA 世界,RNA:存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒的遗传信息载体、一般单链。
首都师范大学课程笔记,包括古典精神分析和新精神分析(弗洛伊德、阿德勒、荣格、埃里克森),特质论(奥尔波特、卡特尔)行为主义和社会学习(巴普洛夫、华生、斯金纳、班杜拉),行为主义(罗杰斯、马斯洛),认知流派(凯利、威特金、米歇尔)以及生物流派(艾森克)进化心理学等
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测序、转录组测序、单细胞测序、基因调控、NGS、RNA 世界,RNA:存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒的遗传信息载体、一般单链。
首都师范大学课程笔记,包括古典精神分析和新精神分析(弗洛伊德、阿德勒、荣格、埃里克森),特质论(奥尔波特、卡特尔)行为主义和社会学习(巴普洛夫、华生、斯金纳、班杜拉),行为主义(罗杰斯、马斯洛),认知流派(凯利、威特金、米歇尔)以及生物流派(艾森克)进化心理学等
基因组学——RNA与转录组
第九章 RNA与转录组
RNA基本改变与RNA世界假说
RNA:存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒的遗传信息载体、一般单链
碱基:A、U(替代了T)、G、C
RNA的发现史:RNA合成酶、tRNA、逆转录病毒、RNA的催化作用、RNA剪接、RNA干扰
RNA世界假说(RNA world hypothesis):
最早的生命形式可能依赖于RNA,携带遗传信息和催化生化反应,从而支持早期细胞或前细胞生命的运作
RNA作为酶:可以自我复制、催化简单化学反应、催化肽键形成
RNA作为信息存储介质:易水解,不稳定易变异
RNA作为调控物质:
核糖开关:基因表达的调控物质之一,细菌、职务和古菌中改变二级结构而影响所结合的代谢物,从而影响转录
RNA温度计:受温度变化而调节基因表达
是一类对温度敏感的非编码RNA,随温度变化调控基因表达,主要调控热休克和冷休克相关基因,与致病性、饥饿状态等过程相关基因调控也有关系
可以暴露或遮蔽核糖体结合位点(RBS)
非有机体来源形成RNA、可以自我复制、催化酶反应、膜形成、改变化学环境和形成新的功能、编码DNA和蛋白、DNA(稳定性)和蛋白(多样性)的功能分离
RNA-peptide world
RNA组:全生命周期合成的然分子和共价结构集合
RNA复杂性
遗传信息传递以及执行功能的载体
生命动态(RNA合成、调控、加工修饰、转运、降解、逆转录)
RNA类型和功能多样性
与多种生物大分子存在交互作用
RNA主要分类
功能分类
编码RNA(coding RNA)
非编码RNA(non-coding RNA)
催化生化反应、调控参与基因表达过程
分类
small ncRNAs(<200nt)
miRNA
siRNA
piRNA
tracrRNA(cripr)
snRNA(U-rich)
snoRNA
signal recognition particle RNA
Y RNAs
small Cajal budy-specific RNA(scaRNA)
long ncRNAs(> 200nt)
long intergenic ncRNA(lincRNA)
natrural antisense transcript(NAT)
circular RNA
housekeeping ncRNAs
ribosomal RNA(rRNA)
transfer RNA(rRNA)
代表类型
信息RNA(messenger RNA,mRNA)
携带遗传信息,利用遗传密码将每个碱基的三联体(密码子)翻译成相应的氨基酸
占总RNA的2%-5%,种类多,活跃,半衰期短,合成后几分钟到几小时后被分解
核糖体RNA(ribosomal,rRNA)
占RNA总量82% ,
在mRNA知道下,将氨基酸合成肽链
分为大亚基和小压基
转运RNA(transfer RNA,tRNA)
三叶草形状
反密码子识别mRNA的密码子,将对应的氨基酸转运至河滩提合成多肽链
简并性
小RNA(microRNA,miRNA):mRNA降解与翻译抑制
内生小非编码RNA分子,~22nt
大多具有茎环结构加工过程包括
原始pri-miRNA
前体premiRNA
成熟miRNA
在RNA沉默和基因表达转录后调控发挥作用
与mRNA互补配对,诱导mRNA链被切割
促使mRNA缩短其poly(A)尾巴降低稳定性
降低mRNA翻译成蛋白效率
一个miRNA可以有多个靶基因,多个miRNA可调控一个基因
具有高度保守性与其功能的重要性有米奇关系
在细胞分化、生物发育及疾病发展过程发挥重要作用
长非编码RNA(long non-coding RNA):基因调控
在表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等众多生命活动中发挥重要作用
分类
反义长lncRNA
内含子lncRNA
基因间lncRNA
启动子相关lncRNA
非翻译区lncRNA
很多lncRNA 转录但不翻译
H19(2kb),印记基因,在父本和母本差异性表达
Xist(17kb),x染色体失活,三花猫是X失活的表现,里昂化
小分子干扰RNA( small interfering RNA,siRNA):转录后基因沉默
RNA干扰(RNAi):是一种分子生物学上由双链RNA诱发的基因沉默现象,通过阻碍特定基因的转录或翻译来抑制基因表达
在RNA干扰通路中起作用
mRNA互补特定的基因序列表达,降解转录后mRNA从而阻止蛋白翻译过程
被认为是进化上先谷底保守的基因表达调控机制
环形RNA(circular RNA,circRNA):基因调控
一种单链RNA,成闭环结构,表达稳定,不易降解
富含miRNA结合位点,在细胞中起miRNA海绵作用,可以接触miRNA对其靶基因的抑制作用,称为竞争性内源RNA(ceRNA)机制
RNA生命动态
RNA合成
RNA聚合酶,DNAWie模板
启动:RNA聚合酶与通用转录因子与启动子结合
延伸:RNA聚合酶5-3防线合成RNA链
终止:终止于DNA非编码序列末端附近的终止子初
RNA转录调控
定义:通过改变转录效率从而调控RNA转录本表达水平过程。可控制基因的时空表达,原核真核生物的机制不同
真核生物转录调控特点 局部调控VS全局调控 顺势原件VS反式因子 通用转录因子+RNA聚合酶VS转录激活因子+阻遏因子 增强子VS沉默子
顺式作用元件(cis-regulation elements,CRE):位于基因旁侧序列中能影响基因表达的DNA序列,可影响转录活性
反式作用元件(trans-regulatory elements,TRE):转录模版上由基因编码的一类蛋白调节因子,通过与顺式作用元件相互作用反式激活基因转录
通过转录因子:所有mRNA转录启动共有
特异转录因子:个别基因转录所必须,决定基因的时空特异性表达
转录因子(Transcription Factor,TF):与疾病有关
转录因子结合位点(transcription Factor Binding Sites,TFBS)
RNA加工修饰
将初级mRNA转化为程序的RNA过程,发生在翻译前
5‘端加帽(5’Capping)
3‘端加尾(Cleavage and polyadenylation)
poly(A)尾在mRNA调控中起到非常重要作用
长A的mRNA常常半衰期短
细胞核中的A比细胞质中长,大约是2倍
剪接(splicing)
将非编码的内含子从RNA前体中除去,将外显子拼接在一起
剪接体(spliceosome):识别位于mRNA前体序列剪接位点的蛋白质+小核RNA(snRNA)聚合而成
RNA剪接反应:由剪接体蛋白复合物催化,可发生在RNA前体合成加帽及转过过程中
可变剪接(alternative splicing):mRNA前体以多种方式被剪接,产生不同蛋白序列的成熟mRNA。
化学修饰(Chemical modification)
改变RNA结构、功能和稳定性
常见:m6A、m5C、m7G 等
RNA编辑(Editing)
核苷酸的插入、删除和碱基替换
发生在细胞核、细胞浆、线粒体和质体内
编辑体(Editosome)介导
动物常常A-to-I转换(I识别为G)
RNA降解
mRNA有不同稳定性,其有限寿命使细胞快速改变蛋白合成以相应滨化吸去
真核:主要是2条途径,均由poly(A)尾的缩短引起
3’-5‘途径,外泌体多亚基复合物
5’-3‘ 外切酶
原核:核糖核酸内切酶E
古细菌:外泌体介导RNA降解
RNA干扰
RNA交互作用
RNA-DNA:RNA-loop
RNA-RNA
RNA-protein
转录组
定义:在某一特定条件下,所有能转录出的RNA的总和,包括mRNA、tRNA、rRNA以及其他非编码RNA
转录组学:研究在单个细胞或特定类型细胞、组织、器官或发育阶段的细胞群内所产生的各类RNA分子的数量和类型。
特点:
高度动态且复杂
反应某一个特定时期的基因表达水平(如健康和疾病时期)
研究基因组的功能原件、细分子组成和疾病发生发展
研究内容:区分不同类型的RNA、基因的转录结构(起始位点、剪接或RNA修饰)、基因表达水平
研究方法:芯片技术、RNA-seq(NGS,可以发现新转录本和可变剪切异构体),以后long-read direct RNA-seq
研究思路:不同时间,不同组织和不同基因的不同表达量
基因表达:鉴定基因型与表型之间的关联
数据库:GTEx
基因表达定量计算:RPKM,FPKM,TPM(transcripts per kilobase per million)
基因表达
NGS数据分析方法(见生物信息学)
特定组织表达基因 (tissue-specific gene)
特定细胞类型中表达
只在特定情况下表达
多组织表达基因(housekeeping genes)
所以细胞类型都表达
Circadian gene(节律基因)
单细胞转录组(single-cell transcriptomices,scRNA-seq)