DNA RNA Protein Central Dogma 複 製 轉 錄 逆轉錄 轉 譯 Replication Reverse Transcription 轉 錄 Transcription 逆轉錄 RNA 轉 譯 Translation Central Dogma 是生物界中心的基本運作法則，而其主角就是核酸，包括 DNA 及 RNA。 Central dogma 說明了遺傳信息由 DNA 流到 RNA 再到蛋白質的過程； 而其之所以能夠運作，與核酸的分子構造，有極大的關係；分子生物學就是以分子的層次，探討整個 Central Dogma 的作用機制。 Protein Juang RH (2004) BCbasics

Template (-) Strand Transcribes to mRNA nontemplate strand (+) strand coding strand 5’ 3’ ATG TAG Identical sequence Codon is denoted on mRNA AUG UAG 5’ 3’ RNA Start codon TAC ATC 5’ 3’ 兩股 DNA 中只有一股能轉錄出 RNA，稱為 template strand 或 (-) strand； 另一股則稱 nontemplate strand, (+) strand 或 coding strand。兩股上的核酸序列，都可能成為 template，決定於 3’ 端上游是否有轉錄起始的信號。 RNA 的轉錄合成，一定是從 RNA 的 5’ 端向 3’ 端複製，而模板 DNA 則是由 DNA 的 3’ 向 5’ 方向讀取密碼。這些方向性一定要徹底瞭解，並且最好記得很清楚，因為分子生物學將由這些反應開始。 同時，我們一般所知的遺傳密碼 (codon)，是根據所合成 mRNA 編的；也就是說 mRNA 上面的序列就是遺傳密碼。 而 mRNA 的序列是與 nontemplate (+) 相同的，而與 template (-) 互補。 template strand (-) strand Juang RH (2004) BCbasics

Both DNA Strands Could Be Expressed 5’ 3’ DNA 3’ 5’ RNA RNA is synthesized in 5’→ 3’ direction 5’ 3’ RNA 3’ 5’ DNA Promotor marks the initiation of transcription 雖然 只有一股 DNA 是 template，但是兩股 DNA 的任何一股都有可能成為 template，甚至可能互相重疊。但同一條 DNA 上的所有 templates，其閱讀方向都一樣，RNA 都由 5’ 端向 3’ 端複製。 每一個基因的前面，都有 promotor 序列，作為開始轉錄的信號。 Adenovirus fully utilizes its genomic sequence Juang RH (2004) BCbasics

Antisense RNA Inhibits the Expression Nontemplate + + Antisense Gene - Antisense RNA - X RNA/RNA Hybrid + mRNA - RNAi Promotor Template 雖然 只有 template strand 可以轉譯出 RNA，但也可以用人工的手法，把 nontemplate strand 選殖出來，並且送入細胞中表現。 則所轉錄出來的 antisense RNA，將會與正常的 mRNA 互補，形成 RNA/RNA 雜合分子，因而抑制了該基因的表現。 RNA/RNA 雜合分子在細胞內無法久留，並經由一個機制誘生 RNase，把這段雙股 RNA 切成大約 23 鹼基對的片段，因而抑制了該基因的表現，誘發 RNAi (interference)。 上述的 RNase 以及所切下來的單股 23 鹼基片段，還會繼續連結在一起，並且由那段有 23 個鹼基的片段做引導 (報馬仔)，繼續去找其他具有互補序列的單股或雙股 RNA，然後降解之 (真是趕盡殺絕)。這樣的過程，還可以有放大的機制，使得清除效果擴大。 RNAi 可能是細胞用來抵抗外來的 RNA 病毒，以免受病毒之害；或者要消除細胞內自行生出的一些雙股 RNA，以免這些 RNA 的遺傳信息干擾細胞運作。 Juang RH (2004) BCbasics

Create an Antisense RNA Target gene Gene Addition Transcription Normal mRNA Antisense RNA 可以 人為的方式，把一段基因以相反的方向，硬插入這段基因的下游，則可表現出與正常 mRNA 序列剛好互補的 anti-sense RNA，兩段 RNA 可以互補結合，因而抑制了該基因的表現。 若在試管中置備如此的 RNA double helix (dsRNA)，再注入細胞中，則也會對目標基因產生更強的抑制作用，就是 RNAi。 [Lau NC, Bartel DP (2003 九月) RNAi - 神秘的基因糾察隊。科學人 19: 48~56] RNAi RNA double helix mRNA translation inhibited Adapted from Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.537