2025年大学《化学生物学》专业题库- RNA修饰与疾病关系的研究

2025年大学《化学生物学》专业题库——RNA修饰与疾病关系的研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题5分，共20分）1.RNA甲基化2.m6A3.RNA去甲基化4.亚精胺修饰（Pyrroline-5-carboxylatemodification）二、简答题（每题10分，共40分）1.简述m6A修饰在mRNA稳定性调控中的两种主要作用机制。2.tRNA上存在哪些常见的修饰？简述其中一种修饰对tRNA功能的重要性。3.简述研究RNA修饰体内分布的两种主流测序技术及其基本原理。4.为什么说RNA修饰的“写入”、“读取”和“擦除”酶对于维持细胞稳态至关重要？三、论述题（每题15分，共45分）1.详细论述m6A修饰如何通过影响RNA结合蛋白（RBP）的功能来调控翻译过程。2.以癌症为例，论述RNA修饰（如m6A）异常如何影响肿瘤的发生发展，并提及至少两种基于RNA修饰的诊断或治疗策略。3.比较RNA修饰与DNA/RNA甲基化在表观遗传调控方面的异同，并举例说明RNA修饰在特定生物学过程中（如神经发育或应激反应）的作用。试卷答案一、名词解释1.RNA甲基化：RNA碱基（主要是腺嘌呤）发生核苷酸转移酶催化的甲基化反应，形成N-甲基腺苷（m1A）、O-甲基化（如m5C,m7G）等修饰，是普遍存在的RNA表观遗传修饰之一。**解析思路：*定义要包含修饰类型（碱基修饰）、酶（核苷酸转移酶催化）、底物（主要是腺嘌呤）、产物（如m1A,m5C,m7G等具体例子）以及修饰性质（表观遗传、普遍存在）。2.m6A：腺苷第六位核糖环的N-甲基化修饰（N6-methyladenosine），是哺乳动物mRNA中最丰富的内部修饰，广泛分布于各类RNA中。**解析思路：*定义要明确修饰位点（腺苷第六位N）、修饰类型（甲基化）、英文缩写（m6A）、丰度（最丰富）、分布范围（mRNA,tRNA,rRNA,lncRNA等）。3.RNA去甲基化：通过特定的去甲基化酶（如FTO,ALKBH5家族成员）识别并结合RNA上的甲基化修饰（主要是m6A），将其去除的过程，是调控RNA修饰水平的重要机制。**解析思路：*定义要包含过程（去除）、酶（去甲基化酶）、底物（RNA上的甲基化修饰，重点是m6A）、酶家族（FTO,ALKBH5），以及意义（调控水平）。4.亚精胺修饰（Pyrroline-5-carboxylatemodification）：也称为伪尿苷（ψ），是tRNA中尿苷的γ-亚氨基戊酸酯取代修饰，主要存在于密码子为CUN的tRNA反密码子环的第一个碱基位置，对维持tRNA结构和识别功能至关重要。**解析思路：*定义要明确修饰名称（亚精胺修饰/ψ）、化学本质（γ-亚氨基戊酸酯取代）、修饰位点（CUNtRNA反密码子环第一位）、分布（tRNA）、功能（维持结构、识别功能）。二、简答题1.简述m6A修饰在mRNA稳定性调控中的两种主要作用机制。*答：m6A修饰通过影响mRNA与RNA降解相关因子的相互作用来调控稳定性。一是m6A可以招募RNA降解促进因子（如YTHDF2,YTHDF3,YTHDF1部分功能），引导mRNA进入溶酶体途径或通过deadenylase途径加速降解；二是m6A可以稳定mRNA，机制可能涉及阻止核糖体或RNA结合蛋白（RBP）的有效结合，或者通过影响mRNA的二级结构，从而延长其半衰期。具体是促进还是抑制降解取决于m6A位点、结合蛋白以及细胞环境。**解析思路：*答案需点明核心机制（影响与降解因子相互作用）。要能区分至少两种相反或不同的作用方式（促进降解和稳定mRNA）。对于稳定作用，可以稍作解释（如阻止结合或影响结构）。最后要指出其复杂性（取决于多种因素）。2.简述tRNA上存在哪些常见的修饰？简述其中一种修饰对tRNA功能的重要性。*答：tRNA上常见的修饰包括亚精胺修饰（ψ）、m1A、m5C、m7G、m6A、二氢尿苷（Dihydrouridine,DHU）、假尿苷（ψ）等。其中，亚精胺修饰（ψ）位于大多数tRNA反密码子环的第一位，对于tRNA的功能至关重要。ψ修饰通过改变反密码子环的形状和电荷分布，有助于精确识别密码子，增加mRNA-tRNA配对的稳健性，提高翻译的准确性和效率，并可能参与tRNA的成熟和折叠过程。**解析思路：*答案第一部分要列出至少三种常见修饰名称。第二部分要明确选择一种修饰（如ψ），并说明其位置（反密码子环第一位）。重点阐述其对功能的重要性，需结合tRNA的作用（翻译识别、配对准确性、翻译效率、成熟折叠）进行解释。3.简述研究RNA修饰体内分布的两种主流测序技术及其基本原理。*答：研究RNA修饰体内分布的两种主流测序技术是m6A-seq和Ribo-m6A-seq。m6A-seq是一种“捕获-测序”策略，首先利用特异性抗体或核酸适配体富集含有目标修饰（如m6A）的RNA片段，然后对其进行高通量测序，从而确定修饰在RNA样本中的位置和相对丰度。Ribo-m6A-seq则是一种“截短-测序”策略，利用能特异性识别m6A修饰的核酸酶（如NmeC）在m6A位点下游切割RNA，产生带有修饰信息的RNA片段（Ribo片段），随后进行测序，不仅能定位修饰，还能分析修饰位点附近的核苷酸序列信息。**解析思路：*答案要列出两种技术名称。对每种技术，要说明其基本策略（捕获或截短），核心原理（利用特异性工具富集或切割修饰位点），以及最终目标（确定位置和丰度，Ribo-m6A-seq还需说明分析序列信息的能力）。4.为什么说RNA修饰的“写入”、“读取”和“擦除”酶对于维持细胞稳态至关重要？*答：RNA修饰的“写入”（甲基化酶）、“读取”（识别修饰的蛋白或RNA结合域，如YTH结构域蛋白）、“擦除”（去甲基化酶）酶共同构成了RNA修饰的动态调控网络。这些酶的精确调控对于维持细胞内RNA分子种群的平衡、保证关键基因表达的时空特异性、调控RNA的生命周期（稳定性、翻译效率等）至关重要。酶的失调会导致RNA修饰谱异常，进而干扰基因表达程序，影响蛋白质合成、细胞分化、应激响应等基本生物学过程，最终可能导致发育缺陷、衰老或疾病（如癌症）的发生，因此这些酶对于维持正常的细胞功能和机体稳态具有核心作用。**解析思路：*答案要点明酶的作用（动态调控网络）。要能区分三种酶的功能（写入、读取、擦除）。核心在于阐述这种动态调控的重要性（维持RNA群体平衡、时空特异性表达、调控生命周期）。最终要上升到对细胞功能和稳态的影响层面（干扰表达、影响基本过程、导致疾病），强调其核心作用。三、论述题1.详细论述m6A修饰如何通过影响RNA结合蛋白（RBP）的功能来调控翻译过程。*答：m6A修饰通过多种机制影响RBP的功能，进而调控翻译。首先，m6A可以招募或阻碍特定的RBP结合。例如，YTHDF1,YTHDF2,YTHDF3这三个YTH结构域蛋白都能识别m6A修饰，但它们对翻译的影响不同：YTHDF1和YTHDF2通常结合m6A富集的“停泊站”位点，倾向于招募RNA降解因子，促进mRNA降解，从而抑制翻译；YTHDF3则可能通过招募其他因子或影响mRNA定位来调控翻译。其次，m6A修饰可以改变RBP与mRNA的相互作用强度或构象，影响RBP对mRNA的识别能力。再次，m6A修饰可能改变mRNA的二级结构，间接影响核糖体或其他翻译相关因子（如eIF4F复合物）的结合。此外，m6A还可能影响翻译起始复合物的组装或核糖体在mRNA上的行进效率。研究表明，m6A修饰在翻译调控中起着精细的、多层次的作用，能够根据细胞需求快速响应并精确调控蛋白质合成。**解析思路：*答案需全面阐述m6A通过影响RBP功能调控翻译的多种途径。要具体提及不同的RBP（如YTHDF1-3）及其作用（促进降解/抑制翻译，影响定位等）。要涵盖RBP结合的改变、构象影响、二级结构变化、翻译起始和延伸等多个环节。最后要总结其作用的特点（精细、多层次、快速响应、精确调控）。2.以癌症为例，论述RNA修饰（如m6A）异常如何影响肿瘤的发生发展，并提及至少两种基于RNA修饰的诊断或治疗策略。*答：RNA修饰（以m6A为例）的异常在癌症发生发展中扮演着重要角色。首先，癌症细胞中常出现m6A修饰谱的失调，表现为特定基因的m6A水平升高或降低。例如，m6A升高可能促进癌基因mRNA的稳定和翻译，或抑制抑癌基因mRNA的降解，从而驱动肿瘤生长和增殖。其次，m6A修饰异常影响肿瘤微环境和免疫逃逸。例如，某些肿瘤相关RNA（如lncRNA）的m6A修饰变化可能促进肿瘤相关巨噬细胞的M2型极化，有利于肿瘤的侵袭和转移。此外，m6A修饰的异常还可能影响肿瘤细胞的耐药性。基于RNA修饰异常的诊断和治疗策略包括：一是开发基于m6A修饰检测的诊断生物标志物，例如通过捕获测序技术（m6A-seq）分析血液或组织样本中的m6A修饰谱，以实现癌症的早期诊断、预后判断或疗效监测；二是开发靶向m6A修饰酶（如写入酶METTL3/14或去甲基化酶FTO）的小分子抑制剂，通过恢复正常的m6A修饰水平来抑制癌基因表达、促进抑癌基因功能、抑制肿瘤生长和转移，为癌症治疗提供新的靶点。**解析思路：*答案第一部分要阐述癌症中m6A修饰异常的影响，需从促癌基因/抑癌基因表达、肿瘤微环境、免疫逃逸、耐药性等多个角度举例说明。第二部分要提出至少两种基于m6A的诊断或治疗策略，并简要说明其原理和潜在应用价值（诊断标志物、酶抑制剂）。3.比较RNA修饰与DNA/RNA甲基化在表观遗传调控方面的异同，并举例说明RNA修饰在特定生物学过程中（如神经发育或应激反应）的作用。*答：RNA修饰与DNA/RNA甲基化在表观遗传调控方面既有相似之处，也有显著差异。相同之处在于，它们都是不依赖DNA序列变化的可遗传的分子标记，能够调控基因表达或RNA功能，并在细胞分化、发育和环境适应中发挥作用，是表观遗传调控的重要方式。不同之处在于，DNA甲基化主要发生在DNA碱基上（主要是胞嘧啶C），通常与基因沉默相关，且相对稳定，难以逆转（需去甲基化酶）；而RNA修饰发生在RNA碱基或核糖上，种类繁多，分布广泛，通常具有更高的动态性和可逆性（写入、读取、擦除酶），其功能更加多样，不仅涉及基因表达调控，还广泛参与RNA的稳定性、加工、转运和翻译等多种生命活动。以神经发育为例，RNA修饰（如m6A）在神经元的分化和功能分化中起着关键作用。例如，特定神经元类型标记基因的m6A修饰水平会随着发育阶段变化，调控相关mRNA的翻译效率，确保神经元特异性蛋白的适时合成。在应激反应中