2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——RNA調(diào)控機制在遺傳疾病研究中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述真核生物mRNA前體的加工過程，包括關(guān)鍵步驟和產(chǎn)物修飾，并指出其中任何一個步驟異?？赡軐?dǎo)致何種遺傳疾病。二、詳細描述miRNA的生物合成、加工及作用機制。說明miRNA如何識別并結(jié)合靶標mRNA，以及這一過程通常如何影響靶標mRNA的翻譯或穩(wěn)定性，并舉例說明特定miRNA在遺傳疾病中的作用。三、長鏈非編碼RNA（lncRNA）具有多種多樣的功能。列舉三種不同的lncRNA作用模式，并分別以實例說明其中一種模式如何參與遺傳疾病的病理過程。四、RNA干擾（RNAi）通路在基因功能研究和遺傳疾病治療中具有重要應(yīng)用。請闡述siRNA介導(dǎo)的RNAi的核心步驟，包括關(guān)鍵酶的作用和分子機制。并討論RNAi技術(shù)在遺傳病診斷或治療中面臨的主要挑戰(zhàn)。五、核糖開關(guān)是一種原核生物中常見的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制，但在真核生物中也有發(fā)現(xiàn)。請解釋核糖開關(guān)的作用原理，說明其如何通過代謝物誘導(dǎo)的構(gòu)象變化來調(diào)控基因表達。并舉一個真核生物中核糖開關(guān)參與調(diào)控與遺傳相關(guān)代謝的例子。六、假設(shè)研究發(fā)現(xiàn)某遺傳性心臟病患者存在一個特定的剪接位點突變，導(dǎo)致某個關(guān)鍵心肌蛋白基因的異常剪接，產(chǎn)生功能缺失的蛋白。請分析這種異常剪接可能發(fā)生的分子機制，并討論基于RNA水平的治療策略如何可能糾正這一缺陷。七、mRNA的穩(wěn)定性及其在細胞內(nèi)的定位對于基因表達調(diào)控至關(guān)重要。描述至少兩種影響mRNA穩(wěn)定性的機制，并說明mRNA定位如何影響其翻譯效率和最終蛋白產(chǎn)物的作用范圍。結(jié)合ncRNA，討論它們?nèi)绾螀⑴c調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性或定位。八、RNA療法是治療遺傳疾病的一種新興策略。選擇一種基于RNA的治療方法（如反義寡核苷酸、siRNA、mRNA療法等），詳細說明其作用原理，并針對該方法的臨床應(yīng)用，討論其潛在的療效和可能存在的風(fēng)險或局限性。試卷答案一、真核生物mRNA前體（pre-mRNA）的加工過程主要包括：①加帽（5'端）：轉(zhuǎn)錄起始后，RNA聚合酶II延伸的RNA鏈5'端由鳥苷三磷酸（GTP）通過鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶加成，形成7-甲基鳥苷帽（m7G）。②剪接：pre-mRNA包含外顯子（exon）和內(nèi)含子（intron）。剪接體（spliceosome）識別內(nèi)含子兩側(cè)的保守序列（5'splicesite,3'splicesite），并切除內(nèi)含子，將相鄰的外顯子連接起來，形成成熟的mRNA。③加尾（3'端）：在轉(zhuǎn)錄過程中或轉(zhuǎn)錄后，RNA聚合酶II的C端結(jié)構(gòu)域（CTD）招募多聚A聚合酶（PAP）在pre-mRNA的3'端添加一系列腺苷酸（A），形成多聚A尾。加工異?？赡軐?dǎo)致遺傳疾病，例如：①剪接位點突變可能導(dǎo)致內(nèi)含子滯留（intronretention）或外顯子跳躍（exonskipping），產(chǎn)生功能異常或缺失的蛋白，如脊髓性肌萎縮癥（SMA）與SMA基因內(nèi)含子7跳躍有關(guān)。②加帽或加尾缺陷會影響mRNA的穩(wěn)定性或翻譯效率，導(dǎo)致蛋白水平降低，影響細胞功能。二、miRNA的生物合成：在細胞核中，miRNA基因（位于基因組或間期DNA）被RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄成初級轉(zhuǎn)錄本（pri-miRNA），pri-miRNA形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)（hairpin），并由RNA解旋酶Drosha及其輔助蛋白DGCR8在核內(nèi)切割，產(chǎn)生約70nt的預(yù)miRNA（pre-miRNA）。pre-miRNA被輸出到細胞質(zhì)，由核輸出蛋白Exportin-5與Ran-GTP結(jié)合轉(zhuǎn)運。在細胞質(zhì)中，pre-miRNA被另一種解旋酶Dicer切割，形成約21-23nt的成熟miRNA及其互補鏈（miRNA*），通常miRNA*被降解，而miRNA與RISC（RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體）相關(guān)蛋白（如Argonaute）結(jié)合形成miRISC。作用機制：miRISC中的miRNA通過不完全互補配對識別靶標mRNA的3'非翻譯區(qū)（3'UTR）。若配對充分，可誘導(dǎo)靶mRNA的降解；若配對不完全，則抑制靶mRNA的翻譯起始。例如，miR-122在肝細胞中高表達，通過靶向抑制肝細胞生長因子（HGF）的mRNA，參與肝再生和肝癌的發(fā)生發(fā)展。其表達異常與某些遺傳性肝病相關(guān)。三、lncRNA的作用模式：①轉(zhuǎn)錄調(diào)控（如spongingmiRNA）：lncRNA可以作為miRNA的“海綿”，通過結(jié)合miRNA競爭性結(jié)合其靶mRNA，從而解除對靶mRNA的抑制，增加靶蛋白表達。例如，HOTAIR通過競爭性結(jié)合miR-128a/b，上調(diào)多個靶基因，參與乳腺癌的轉(zhuǎn)移。②表觀遺傳調(diào)控：lncRNA可以招募染色質(zhì)修飾復(fù)合物（如EZH2、PRC2）到特定基因位點，改變組蛋白修飾（如H3K27me3）或DNA甲基化狀態(tài)，從而沉默或激活下游基因。例如，HOTAIR通過招募PRC2，誘導(dǎo)HOXC基因簇的沉默，與血液腫瘤相關(guān)。③核內(nèi)結(jié)構(gòu)組織：某些lncRNA（如SATB2）可以在核內(nèi)形成特定的核結(jié)構(gòu)域（SD），組織染色質(zhì)，調(diào)控基因表達。SATB2突變與特發(fā)性脊柱側(cè)彎相關(guān)。④mRNA運輸與穩(wěn)定性調(diào)控：lncRNA可以與mRNA結(jié)合，影響其亞細胞定位或穩(wěn)定性。例如，Malat1與mRNA復(fù)合體共轉(zhuǎn)運，影響mRNA的翻譯效率和穩(wěn)定性，其表達異常與多種癌癥相關(guān)。四、siRNA介導(dǎo)的RNAi核心步驟：①雙鏈siRNA（dsRNA）的合成：外源或內(nèi)源產(chǎn)生的長雙鏈RNA（dsRNA）在細胞質(zhì)中被Dicer切割成約21-23nt的雙鏈小干擾RNA（siRNA）。②siRNA加載到RISC：siRNA雙鏈在RISC加載復(fù)合物（含TRBP、PACT等）作用下解鏈，其中一條鏈（guidestrand）因其5'端甲基化而被選擇性保留在RISC中，另一條鏈（passengerstrand）被降解。③靶向切割：指導(dǎo)鏈（guidestrand）與RISC復(fù)合體結(jié)合，通過堿基互補配對識別靶標mRNA。若配對精確，RISC中的酶（主要是Argonaute亞基）會在miRNA/mRNA結(jié)合位點附近約3'端切割靶mRNA，導(dǎo)致其降解。④靶mRNA降解與翻譯抑制：切割產(chǎn)生的mRNA片段被進一步降解，從而阻止靶蛋白的合成。RNAi技術(shù)在遺傳病診斷或治療中面臨的挑戰(zhàn)：①特異性問題：非特異性切割或“脫靶效應(yīng)”可能導(dǎo)致unintendedmRNA降解，引發(fā)副作用。②遞送效率：將siRNA有效且特異性地遞送到目標細胞或組織（特別是中樞神經(jīng)系統(tǒng)）具有很大困難，需要開發(fā)高效的遞送載體。③脫靶效應(yīng)與毒性：siRNA本身或遞送系統(tǒng)可能具有免疫原性或細胞毒性。五、核糖開關(guān)的作用原理：核糖開關(guān)是位于mRNA5'非翻譯區(qū)（5'UTR）或編碼區(qū)的一段核苷酸序列，其能與特定的smallmetabolite（小分子代謝物）結(jié)合。結(jié)合導(dǎo)致核糖開關(guān)區(qū)域的RNA構(gòu)象發(fā)生改變（通常形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)），這種構(gòu)象變化會干擾下游關(guān)鍵蛋白翻譯起始因子的結(jié)合位點或mRNA本身的二級結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控下游基因的轉(zhuǎn)錄延伸或翻譯效率。真核生物中核糖開關(guān)參與調(diào)控與遺傳相關(guān)代謝的例子：MIR172基因的5'UTR存在一個核糖開關(guān)，能被茉莉酸（Jasmonicacid,JA）或其衍生物結(jié)合。在擬南芥中，JA水平升高時，茉莉酸結(jié)合到MIR172的核糖開關(guān)，導(dǎo)致MIR172mRNA的翻譯被抑制，從而減少miR172的表達。miR172負向調(diào)控多個發(fā)育相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（如SPLs），因此JA通過核糖開關(guān)間接調(diào)控植物生長發(fā)育過程，與植物對環(huán)境脅迫的適應(yīng)性等遺傳性狀相關(guān)。六、異常剪接的分子機制：異常剪接通常由剪接位點突變引起，這些突變可能位于內(nèi)含子/外顯子邊界處，破壞了剪接體識別的保守序列（如5'splicesite,3'splicesite,或剪接增強子/沉默子），導(dǎo)致剪接體無法正確識別或穩(wěn)定結(jié)合，從而可能發(fā)生：①內(nèi)含子滯留（intronretention）：內(nèi)含子未被切除，保留在成熟的mRNA中。②外顯子跳躍（exonskipping）：原本應(yīng)被包含的外顯子被跳過，未包含在成熟的mRNA中。③使用錯誤的剪接位點：剪接體使用了非典型的剪接位點，導(dǎo)致異常的剪接邊界?；赗NA水平的治療策略：①反義寡核苷酸（ASO）：設(shè)計合成能與異常剪接產(chǎn)物（如滯留的內(nèi)含子或缺失的外顯子）特異性結(jié)合的ASO，通過RNA干擾機制降解該異常mRNA，或通過空間位阻效應(yīng)阻止剪接體識別異常位點，促使形成正常的剪接產(chǎn)物。例如，使用ASO誘導(dǎo)SMA患者產(chǎn)生包含7號外顯子的正常SMN蛋白。②自剪接體（splicingmodifiers）：設(shè)計能結(jié)合到mRNA特定位置（如異常剪接位點附近），并通過誘導(dǎo)或抑制剪接體選擇來糾正異常剪接的分子，如小分子化合物或修飾的核酸類似物。七、影響mRNA穩(wěn)定性的機制：①AU-richelements(ARE)：存在于許多mRNA3'UTR中，是一段富含AU堿基配對的區(qū)域。ARE結(jié)合特定的RNA結(jié)合蛋白（RBPs），如TARRNA、AUF1等，這些RBPs可以促進mRNA的降解（通過deadenylase或5'->3'exonucleases）或穩(wěn)定化（通過抑制降解或促進翻譯）。ARE與某些遺傳性心臟?。ㄈ缒承╊愋偷男募〔。┲衜RNA的不穩(wěn)定表達有關(guān)。②核酸修飾：mRNA的堿基或糖環(huán)可以進行多種修飾，如m6A（腺苷甲基化）、m1A、m5C等。這些修飾由特定的酶催化，可以影響mRNA的穩(wěn)定性、定位或翻譯。例如，m6A修飾通常與mRNA降解相關(guān)，其異常與某些遺傳疾病相關(guān)。mRNA定位：mRNA通過其3'UTR上的序列或結(jié)合的RBPs被靶向到特定的亞細胞區(qū)域（如細胞核、線粒體、細胞質(zhì)特定區(qū)域）。定位可以隔離mRNA，使其翻譯在特定位置進行，或受局部微環(huán)境調(diào)控。例如，線粒體mRNA定位確保了蛋白質(zhì)在正確場所合成。ncRNA參與調(diào)控：①miRNA通過結(jié)合mRNA3'UTR，普遍降低其穩(wěn)定性。②lncRNA可以通過spongingmiRNA來穩(wěn)定miRNA靶標的mRNA，或通過與mRNA直接相互作用影響其穩(wěn)定性或降解。③某些lncRNA可以結(jié)合RBPs，共同調(diào)控mRNA的命運。八、選擇反義寡核苷酸（ASO）療法：作用原理：ASO是人工合成的單鏈核酸（通常為寡脫氧核苷酸，ODN；也可為修飾的寡核苷酸，如修飾的寡核苷酸類似物ASO，包含2'-O-甲基化、磷othioate鍵等），其序列與靶標mRNA互補。ASO進入細胞后，通過堿基互補配對與靶mRNA結(jié)合，形成雙鏈體。若ASO是修飾的ASO（如含有2'-O-甲基或磷othioate），其與靶mRNA形成的雙鏈體具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能被細胞質(zhì)中的核酸酶（如RNaseH）識別。RNaseH切割靶mRNA，產(chǎn)生3'單鏈寡核苷酸（3'-ssODN）和mRNA片段。3'-ssODN可以繼續(xù)與靶mRNA結(jié)合，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，進一步抑制翻譯起始或促進RNaseH介導(dǎo)的靶mRNA降解。ASO也可以通過空間位阻效應(yīng)阻止剪接體或核糖體識別靶mRNA，從而糾正剪接異?；蛞种频鞍追g。臨床應(yīng)用、療效與風(fēng)險：療效：ASO療法在治療遺傳性疾病方面顯示出巨大潛力，尤其是在治療由單基因突變引起的疾病，如杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD，使用ASO跳過致病突變）、脊髓性肌萎縮癥（SMA，使用ASO誘導(dǎo)產(chǎn)生正常SMN蛋白）、遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR，