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简答题讨论RNA分子参与的基因调控机制。
  • 基因表达的主要过程是基因的转录和信使核糖核酸（mRNA）的翻译。基因调控主要发生在三个水平上，即①DNA水平上的调控、转录控制和翻译控制；②微生物通过基因调控可以改变代谢方式以适应环境的变化，这类基因调控一般是短暂的和可逆的；③多细胞生物的基因调控是细胞分化、形态发生和个体发育的基础，这类调控一般是长期的，而且往往是不可逆的。基因调控的研究有广泛的生物学意义，是发生遗传学和分子遗传学的重要研究领域。RNA主要参与了转录后水平基因调控。RNA是由4种核糖核苷酸组成的多核苷酸分子，在细胞内的RNA按结构与功能可分为若干类，最基础的是mRNA、rRNA、tRNA。此外还有一些小RNA分子。
    1.mRNA
    mRNA加工过程中的调控  真核生物的mRNA加工过程主要包括三个步骤：①在新生mRNA的5′端加上一个甲基化的鸟嘌呤核苷酸，形成一个所谓的帽子（cap）即m7GpppN（m7G是7-甲基鸟嘌呤核苷，P是磷酸，N是 RNA的5′端第一个核苷酸）这一过程通常发生在新生链完成之前。②在转录后的mRNA的3′部位上加上多聚腺嘌呤核苷酸（多聚A）尾部。这种加尾作用一般不直接发生在转录初产物的3′末端上，而另外需要核酸内切酶的作用产生一个新的3′末端，然后再加上多聚A。③对于具有内含子的那部分RNA顺序必须被切除，接着两边的外显子再重新连起来，这一过程称为拼接。拼接是个十分精确的过程，它的机制还没有阐明，但几乎所有的内含子在5′边界处都有CT顺序，在3′边界处都有AG顺序。多聚A加尾作用一般发生在拼接之前，但不总是如此。还不清楚影响这个过程的各种因素，但已经知道同一种基因的转录产物前体mRNA可以被加工成几种不同的mRNA。
    mRNA的稳定性 翻译控制真核生物的翻译控制的主要形式是控制mRNA的稳定性。 mRNA的5′端的加帽作用以及它的3′端的多聚A的加尾作用都有助于 mRNA分子的稳定。在某些真核生物中mRNA进入细胞质以后并不立即作为模板进行蛋白质合成，而是与一些蛋白质结合形成RNA蛋白质（RNP）颗粒，在这种状态的mRNA半衰期可以延长。家蚕的丝芯蛋白基因是单拷贝的，可是在几天内一个细胞中可以合成多至10个丝芯蛋白分子。这便是因为它的mRNA分子和蛋白质结合成为 RNP颗粒而延长了寿命的结果。据估计，一个丝芯蛋白基因在几天内可产生10个mRNA分子，因此每个mRNA分子作为模板可以合成10个蛋白质分子。
    2.反义RNA  能与mRNA中特定序列配对并改变所配对mRNA分子的构想导致翻译过程被开启或关闭，也可能导致目标mRNA分子的快速降解。根据反义RNA的作用机制可将其分为3类：Ⅰ类反义RNA直接作用于靶mRNA的S D序列和（或）部分编码区，直接抑制翻译，或与靶mRNA结合形成双链RNA，从而易被RNA酶Ⅲ 降解；Ⅱ类反义RNA与mRNA的非编码区结合，引起mRNA构象变化，抑制翻译；Ⅲ类反义RNA则直接抑制靶mRNA的转录。 通过反义RNA控制mRNA的翻译是原核生物基因表达调控的一种方式，最早是在E.coli 的产肠杆菌素的Col E1质粒中发现的，许多实验证明在真核生物中也存在反义RNA。
    3.RNA干扰（RNAi）
    指短的双连RNA可以降解内源的同源mRNA，而使相应基因表达沉默的一种现象。属于转录后基因沉默。RNAi发生于除原核生物以外的所有真核生物细胞内。作用机制可分为起始和效应两个阶段。在起始阶段，加入小分子RNA或者内源产生的dsRNA被切割为21-23个核苷酸长度的小分子干扰RNA（siRNA）。在效应阶段，SiRNA双链首先与一个和酶复合物结合形成RNA诱导的沉默复合物（RISC），随后，消耗ATP能量将双链SiRNA解链为单链的小分子RNA。RISC具有核酸酶的功能，被激活的RISC可以催化多轮剪切反应，使得靶mRNA被完全降解。
    4.小RNA（microRNAs，miRNAs）
    miRNAs可以通过碱基互补配对的方式，与目标基因mRNA的3’UTP或编码区域结合，进而抑制基因表达的作用。
    5. 调节性小RNA（smallmodulatoryRNA，smRNA）
    有人在成体海马回 的 神 经 干 细 胞 中 发 现 一 种 双 链 的 微 小 RNA- NRSE RNA ， 其长度为 21 bp ， 它能够与一种 NRSF / RE S T 蛋白发生相互作用， 通过影响 D NA 的甲基化、 组蛋白的 乙酰化及 基因重组等过程， 从而解除神经干 细胞分化相关基 因启动子 中调控序列 NRSE / RE 1的抑制， 促使分化相关基因表达， 促进神经干细胞向星形胶质细胞、 少突细胞等神经分化细胞转化。
    长非编码RNA（large noncoding RNA，lncRNA）lncRNA可以通过影响mRNA的转录、拼接、转运、稳定性和翻译等过程，从而调节蛋白质基因的表达。lncRNA 可在不同水平调节基因表达。lncRNA 可以通过多种方式调节基因的转录，如调节转录因子的结合与装配，竞争蛋白质编码基因的转录因子，与 DNA形成三链复合物，调节 RNA 聚合酶 II 的活性和转录干扰等。lncRNA 在转录后水平可以通过和互补的 mRNA形成 dsRNA ，影响 mRNA 的加工、剪接、转运、翻译和降解等过程，从而调节基因的表达。lncRNA 对基因组表观遗传的调节。

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