听说,学会即可冲击高分文章,再也不怕机制研究了。 至今日起,《三十六策》课程将走进基础科研逻辑方法论的核心地带——分子交互作用模式,即两个分子间相互结合的直接作用机制。该模式虽有无穷变化,但仍存有不变的规律,如前期课程中的miRNA靶基因、转录因子和甲基化研究套路。而接下来的课程中仍会系统性地阐述分子交互作用的研究模式和具体套路。 Rescue实验 Rescue实验作为基础科研中分子机制研究的标准配备,一直都是逻辑烧脑的难点所在。而这主要是因为分子操作手段(过表达/沉默)和上下游调控关系(上调/下调)存在双向性。
在Rescue实验中,分子间的调控趋势与上游分子的操作方向决定了下游分子应该怎么操作,可总结为这十二字真言:正正反,正反正;反正正,反反反。
其中第一个字的正反是两个分子之间的调控关系,第二个字正反代表上游分子操作手段(过表达还是沉默),而第三个字正反是下游分子的操作手段。
“正正反,正反正”指的是当上下游是正向调控关系时,过表达上游则Rescue应该抑制下游;沉默上游则Rescue应该过表达下游。而“反正正,反反反”则指的是当上下游是负向调控关系时,过表达上游则Rescue应过表达下游;沉默上游则Rescue下游也沉默。 直接机制研究的六种套路 通常间接机制只需验证分子间的调控关系即可,如观察下游明星分子的表达变化或者磷酸化等修饰变化。而直接机制除了调控关系还有分子是否结合的问题,一般可通过基因水平、转录水平、转录后水平、翻译水平、翻译后水平五个层次来理解分子间相互调控作用。
4种基本套路 但要领悟分子-分子相互作用的精髓,关键就在以分子类型为聚焦点的连线搭配:蛋白调节DNA、RNA和蛋白,RNA也可以调节DNA、RNA和蛋白。而这六种组合在简化合并后可形成以下4种基本款式。 1)蛋白结合DNA,在调节转录过程中起到重要的作用。如转录因子,它具有DNA结合结构域,可识别启动子DNA序列motif;又如其他与转录调节相关的蛋白,它可能不直接结合DNA但却能结合转录因子。
该组合还包括甲基化作用,如甲基化酶和去甲基化酶对DNA的调节,以及旨在调节基因转录的组蛋白甲基化。
2)蛋白结合蛋白,是一种研究历史久远的经典模式,比如激酶催化底物、多个蛋白形成复合体、受体与配体、抗原抗体反应以及蛋白修饰作用。一般可将分子修饰以机制进行逻辑归类,只有当研究的主变量本身就是参与修饰的酶或者其他参与调控分子时,才可把分子修饰看成一种表型。
至于分子修饰后是被活化还是被抑制,则需要具体情况具体分析。而研究分子修饰时,通常是在查阅文献发现分子的某些修饰位点后,在研究体系中对其进行验证,以此来说明主变量功能变化的一种上游机制。
而这就是所谓的“半套直接机制”研究法,只揭开分子修饰状态的变化而不详细解释变化的原因,适用于DNA、RNA和蛋白水平的分子修饰。其深度约等于间接机制,比直接机制的含金量差了一截,且形式上跟二元变量的调控关系的间接机制还是略有区别。
3)RNA结合RNA/DNA,其模式均是核酸碱基的互补配对,这类研究的主变量是非编码RNA。
以miRNA为例,当主变量是miRNA,其靶基因因变量可以是编码蛋白的mRNA的3’UTR,也可是lncRNA或circRNA。当主变量是lncRNA或者circRNA的时候,因变量反过来也可以是miRNA。而lncRNA和circRNA都可以参与调控转录的过程,可与转录因子竞争性结合启动子DNA序列,以抑制转录。
4)而RNA结合蛋白与蛋白结合RNA之所以可合并为一种,是因为它们的研究策略是类似的,都有一系列相似的筛选验证手段、原理相通的实验设计。至于蛋白和RNA谁做主变量,就看谁承担创新的任务,该模式研究难度最大但逼格也最高。 2种升级套路 以上便是二元变量直接机制研究的4种基本套路。但考虑到二元变量不是机制的顶点,直接作用机制也有三元组合的,因而课程中会分别针对第三和第四种二元套路进行升级,把最常见的三元机制研究进行详细讲解,至于其他剩下的组合形式学员们可以举一反三、自己类推。 5)由RNA与RNA结合衍生的套路研究。一条miRNA可以同时结合多个靶基因,反之一条RNA也可结合多个miRNA,进而形成一个网络状的调控关系。那么当一个miRNA同时结合2个靶基因的时候,这两个靶基因是存在一种竞争关系的,而这样的调控模式叫竞争性内源RNA(ceRNA)。
而ceRNA作为RNA三元直接研究机制的一种最简单、最常见的类型,实际操作起来并不难,且这种套路会长期在非编码RNA研究领域中占有一席之地。
6)由RNA与蛋白结合衍生的套路,其主变量限定在非编码RNA,以lncRNA为主。lncRNA因其自身并不翻译蛋白,因而可作为分子伴侣参与到蛋白-DNA或蛋白-蛋白的相互作用中,并以此形成了一种三元研究结构。 此时研究的核心在于研究RNA与蛋白相互作用,lncRNA是主变量,因变量是蛋白;而这种主变量与因变量的结合,实际上是第四种最难的二元直接套路的进一步升级,可谓难中之难!
综上,关于直接作用机制的6种研究套路,只要精通一二、其他大致了解,就可在基础科研领域里横行天下了,而接下来36策的后续课程也会分门别类的介绍这几种直接作用机制的具体做法,可让各位学员及早破茧成蝶。敬请期待。 三十六策之第一章《众妙之门》: 三十六策之第二章《去彼取此》: 三十六策之第三章《始制有名》:
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