结构生物化学/将功能归因于基因和基因产物
尽管中心法则对于表达物理性状很重要,但它缺乏现代生物化学家/物理学家和生物学家所需要的深度。对于现代科学家来说,仅仅知道蛋白质从RNA翻译而来,而RNA从DNA转录而来是不够的。相反,现代生物学研究领域的科学家努力了解某些功能或性状可以归因于DNA的特定结构,尤其是涉及特定基因的结构。
基因表达的中心法则在 50 多年前就已出现,从那时起,人们对 DNA 如何在生物化学上表达有了进一步的了解。由于我们了解了其他类型的 RNA,并将其分为不同的类别,我们现在不再局限于简单的法则,即 DNA -> RNA -> 蛋白质;用于翻译的 RNA 和用于调节的 RNA。经典研究将 mRNA、rRNA 和 tRNA 主要归类为基因表达中翻译机制的一部分,而小的 microRNA (miRNA) 则作为调节 RNA。
在本例中,我们将“功能”定义为由基因或 DNA 结构介导的行为。重要的是将功能归因于特定结构/基因的科学方法。
假设您分离出一种特定蛋白质,该蛋白质可以检测到特定的催化活性。如果您将这种特定蛋白质与给定的底物反应,并发现发生了特定的催化活性,那么将催化活性归因于特定蛋白质(我们将称之为“生化功能”)是合理的。这可以通过演绎推理得到证实。(注意:在本例中,所有这些都发生在隔离状态。这不是在现实生活中进行的生物学情景。这是在化学实验室进行的)。现在,如果另一位研究人员通过修改编码形成您蛋白质的氨基酸的 DNA 序列来研究同一种特定蛋白质的功能,那么该研究人员很可能会发现,改变给定细胞中的 DNA 以使其编码特定蛋白质也会改变细胞的其他特征。(注意:在本例中,实验在生物系统中进行)。然后,随后归因的是细胞的改变特征是由基因改变和随后的基因产物(编码的特定蛋白质)引起的。由于基因被改变以产生特定蛋白质,因此还假设细胞的改变特征是蛋白质的功能,我们可以称之为遗传功能。
在第一种情况下,我们观察到蛋白质与某些底物在隔离状态下的功能。该功能直接由蛋白质介导,没有其他因素。在第二种情况下,我们看到了蛋白质及其在细胞中的相互作用的功能,以及作为改变遗传序列的混杂变量。这两种情况的意义在于表明,将功能归因于基因取决于研究该基因的方法。在第一种情况下,通过观察基因编码的蛋白质的影响间接研究基因。在第二种情况下,我们观察到改变遗传序列以产生特定蛋白质的影响,换句话说,遗传序列被改变为我们想要研究的序列。这两种情况遵循不同的方法,并且独立地传达了深奥的信息。但是,如果将它们结合在一起,可以看出生化和遗传功能归因是连续统一体上的两个因素。
有大量的长转录 RNA 转录本不编码蛋白质。这些被称为长非编码 RNA (lncRNA)。尽管这些 RNA 不编码蛋白质,但它们在基因表达中仍然具有很大影响,从而破坏了简单的遗传法则。新兴研究表明,lncRNA 通过与染色质调节因子形成广泛的核糖核蛋白 (RNP) 复合物网络,在基因组中使用特定的酶活性,这可以用来靶向基因组中的特定/适当位置。因此,lncRNA 可以用作模块化支架,类似于一种调节 RNA,通过指定 RNP 复合物和染色质状态的组织,影响基因控制,进而影响基因表达。
关联罪责:在确定 lncRNA 的可能功能和调节方式时,创建了一种方法,通过 lncRNA 与 mRNA(蛋白质编码 RNA)的共表达来生成 lncRNA 功能的假设。通过这样做,lncRNA 可以与它们可能调节的途径分组,根据它们与相应 mRNA 的共表达情况。这是一种相关方法,也就是说,观察的是是否存在统计学意义,并且据此推测共调节和共表达的机制。使用这种方法,已经通过它们与不同 RNA 表达途径的关联模式(无论是否关联)揭示了几个 lncRNA 家族。例如,一种特定的 lncRNA,称为 lincRNA-p21(与 p53 相关)被发现直接受 p53 调节,随后形成具有核因子的 lncRNA-RNP,该核因子充当全局转录抑制因子,所有这些都有助于 p53 介导的凋亡。这表明 lncRNA 可能发挥着重要的作用,因为在给定示例中,它发挥着重要的生物学功能(凋亡)。
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