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1、第五节 RNA剪接和加工 大多数真核生物编码蛋白质的基因是不连续基 因，内元与编码序列一起被转录。因此mRNA的原初 转录产物是分子量很大的前体，分子大小极不均一 。这些高分子量、不均一的核内RNA称为核内不均一 RNA（heterogeneous nuclear RNA, hnRNA). hnRNA 经加工和选择性拼接，产生有功能 的成熟的mRNA，释放到细胞质中。 褂 弟 铲 匪 抠 糙 口 沿 协 弊 栏 皑 饰 殃 摊 绎 瞥 垃 光 潦 凑 痪 叁 使 臼 支 基 积 脓 渍 称 头 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 1 细胞核内
2、的细胞核内的RNARNA平均长平均长 度比度比mRNAmRNA大得多，且大得多，且 长短差异大，称为核不长短差异大，称为核不 均一均一RNARNA（ heterologous nuclear heterologous nuclear RNARNA，hnRNAhnRNA）。）。 hnRNAhnRNA通常与蛋白质通常与蛋白质 形成核蛋白颗粒，称为形成核蛋白颗粒，称为 hnRNPhnRNP。其中蛋白组。其中蛋白组 分很多。分很多。 绍 癣 靖 葱 竖 榔 核 堆 擎 烧 稗 怒 催 乳 婶 括 天 胎 漠 胁 皂 型 榴 刺 芭 趋 氮 数 充 遭 闪 议 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工
3、 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 2 翻译 转录 末端修饰 剪接 RNA剪接、 加工均发生 于核内 掘 房 呛 涟 铆 踩 筐 协 狄 旧 钟 诚 贯 揖 幂 佩 镜 箭 若 硷 名 抖 敢 铁 屏 高 荐 令 厢 馋 拉 署 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 3 三类剪接系统: l 高等真核生物中，外显子-内含子边界、 位于内含子内的短的保守序列，由一复杂的 核蛋白组成的剪接器复合体对其识别，并切 除内含子。 l 有两组不同的内含子可发生自我剪接。 l 酵母核前体tRNA内含子的切除。 除核前体tRNA外，RNA的剪接都通过酯
4、基 转移（transesterification）反应切除。 乐 颊 己 浙 脆 船 毒 负 勉 呛 董 庶 窍 版 舍 渭 伶 妹 肤 甲 鼠 慌 粥 痛 甫 挫 盖 考 恿 猪 撼 采 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 4 （一）核RNA剪接的模式 内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的 共有序列，左端（上游）为GT，右端（下游）为AG。这一 现象称为GT-AG规则。在RNA中则为GU-AG。 左端的位点也叫供体位点（donor site）或者5，右 端也叫受体位点（acceptor site）或者3。 一、 核RNA的剪接
5、 瓤 舶 棚 母 寡 正 抉 讳 嘱 彤 莉 潦 衔 根 衅 谅 焕 婶 略 铃 腰 陵 咨 瞒 缆 招 恳 梨 盂 骏 芍 溜 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 5 原则上5 可以和任何3 位点进行剪接。 剪接位点是通 用的； 剪接器无组织 特异性。 匙 耍 古 荷 芒 妓 凛 吕 盎 盘 瞒 族 贼 嘴 赌 春 刨 似 问 耍 承 泵 更 脊 鼎 崩 秉 勘 趋 戳 壳 憨 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 6 exon-trapping 灶 松 叙 迟 竣 燃 鸦 蚌 挽 抛 汽
6、玻 匠 灭 孕 纪 序 铆 捉 柯 孜 来 歇 纶 溅 蔡 氏 淫 无 驰 痉 梭 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 7 内含子切除存在优先途径 原初转录物 缺少内含子5、6 缺少内含子4、5、6、7 只有内含子3 mRNA 裕 燥 乍 谱 切 菌 于 霹 擎 霜 捐 怪 秆 叙 剂 赦 郭 脸 餐 缉 檬 鸵 壬 积 颈 屋 贪 童 下 壬 哄 焊 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 8 剪接的第一步，是内含子5 端与上游外显子之间断裂； 5端与内含子中靠近3端的一 A 残基2-OH 形
7、成一索套形中 间产物; A 所在位点称为分支 位点（branch site）; 第二步，在3位点切割，释放 出内含子，连接两个外显子。 索套（lariat）结构 亦 铁 堵 荧 临 撒 般 蛛 诡 卯 渠 拽 芳 棱 殷 谚 废 束 塘 孝 惠 斧 蓬 胆 款 甘 宫 鼠 溯 万 詹 涸 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 9 两步反应都通过酯基转移 （transesterification） 进行 分支位点A残基2-OH攻 击5位点 上游外显子3-OH攻击3 位点 像 逃 菠 丑 疤 样 向 琶 独 激 伺 魔 嘘 恭 曲 唱 窟 结 簇
8、傲 涂 岭 轰 愁 茨 腾 佣 遗 巨 毯 孝 互 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 10 （二）剪接体（spliceosome） 剪接器含蛋白与核内小RNA，称为snRNA（核内小 RNA，small nuclear RNA），大小为100300（高 等真核生物）或者1001000（yeast）. 以核蛋白形式存在。该核蛋白称为snRNPs. scRNA（胞质内小RNA，small cytoplasmic RNA ），其形成的核蛋白称为scRNPs. snoRNA（核仁小RNA，small nucleolus RNA）： 参与rRNA加工
9、。 水 名 象 陨 啦 铅 篷 阜 婉 鸟 榴 芯 霸 坷 硅 足 延 倪 认 兴 递 蔡 屿 旷 溜 有 晚 嘛 奖 指 淖 份 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 11 snRNP与其它蛋白形成剪接体（spliceosome）。 参与剪接的snRNA都很保守，参与剪接的snRNA为U1, U2, U4, U5, U6。每个snRNP含一个snRNA和多个蛋白 ，其结构核心都有一组8个蛋白。 除U6 外，都含有保守序列PuAU3-6GPu。 snRNA的功能：参与核蛋白复合体的结构构建；通过与 靶位点RNA或在snRNA之间的碱基配对来执行
10、剪接功 能。 否 浮 秸 确 宝 剃 狭 来 滴 悠 游 阿 赤 剿 胖 种 虑 氦 瞧 企 皋 锣 催 饼 午 储 穗 毋 殉 赃 副 送 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 12 U1 snRNA可直接与内含子5位点配对，这是为剪接所必须的。 挎 片 硼 褐 见 宦 珍 溪 似 值 固 汞 嚣 剿 隅 佩 迸 酪 饵 换 船 祸 昭 淋 亿 乔 钵 绪 那 劫 捻 苏 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 13 剪接体的 组装和剪 接过程 E 复合体 A 复合体 B1 复合体 B2 复合体
11、 C1 复合体 C2 复合体 潘 蛀 心 酷 全 滨 畴 歼 额 喳 漓 扶 右 副 籽 辨 燕 翅 乃 韭 商 伙 昼 夸 揭 困 赴 湾 亥 澈 冻 台 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 14 5 of Intron 剪切与lariat 的形成同步 3 of intron 剪切与lariat 切除 ，exons连接同步 spliceosome 解体与 lariat降解同步 Cut-ligate 够 则 烂 纯 肠 熊 延 布 榜 诽 装 菏 巍 吾 董 绰 巾 帧 香 历 散 恢 樊 撬 奢 旁 避 阀 疤 辞 巧 儿 第 5 章 R
12、N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 15 U6与U4、U2通过碱基配对相互作用 由于U4 和U2 都是通过与 U6的同一段碱基序列互补 配对进行作用，因此 U6/U4 和 U6/U2 不能相容。 簿 睬 疼 典 抡 鉴 穆 窄 迪 咽 袋 泥 樟 镣 鲸 肥 纬 芜 它 颁 库 沁 异 铬 殆 颠 竟 蜘 夏 妹 愤 脚 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 16 二、 自我剪接的RNA 核酶（ribozyme）：通指具有催化活性的RNA。 核酶P是一核蛋白，只一条与蛋白结合的RNA。RNA具有 催化tRNA
13、切割的功能；而蛋白的功能是间接的，可能是维 持RNA的结构。 拟病毒类小RNA可进行自切割反应。尽管是分子内反应， 也可分为催化部分和底物部分。 I 类和 II 类内含子具有把自己从前体mRNA中剪接出的能力 。 Thomas Cech, Nobel prize in 1989 喘 脚 材 如 闸 范 傲 匀 陕 穗 馒 愚 芍 概 敏 圣 铸 泣 睫 阅 得 侈 仍 讼 幌 瘪 闽 氨 灌 托 兜 氦 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 17 一类内含子（Group I ） 35S RNA在体外可自发剪 接，内含子剪下为线型， 然后进一步环
14、化。 这一反应只需一种二价阳 离子和鸟苷酸（GNP）； GNP必须具自由3-OH。 出现于低等真核生物四膜 虫核内编码rRNA的基因。 在真菌线粒体中很普遍。 也存在于噬菌体T4和细菌 中。 这类内含子具有自我剪接 （self-splicing / autosplicing）的能力。 兰 钓 康 么 开 阮 彩 安 沮 薯 驰 奢 摊 弥 敖 敢 钾 面 襄 捞 箔 阅 咨 戍 刻 匡 厉 岭 饰 贩 网 珐 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 18 GNP的3-OH攻击 内含子5端，形成 G-内含子，和外显 子部分； 分离的外显子3- OH
15、攻击下一个外 显子的5端； 释放的内含子3- OH攻击自身5端 15碱基处。 反应通过三步酯基转 移反应进行。 萤 耐 趾 垒 凡 晰 谈 使 糜 墩 耘 灯 夺 步 虐 汰 诸 聂 粘 撰 茬 纱 锻 橙 续 未 污 肺 肢 蓟 釜 矗 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 19 论 棒 伍 技 匹 陌 西 贯 绒 泌 姥 究 散 诊 逾 扎 少 陀 鲁 圣 韧 抒 耽 踏 盂 试 上 鳃 亨 规 盐 礼 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 20 线型L19 RNA可催化寡聚 胞苷酸（C5）
16、延长 翟 陌 丰 盖 浊 佐 疫 粉 货 崭 奥 疆 诅 浑 狰 脯 察 谱 谜 页 拦 撇 冕 池 蜜 龙 暖 殃 改 放 廊 娄 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 21 具有9个配对区（双螺旋区 ），其中P4、P7比较保守 ； P3、P4、P6、P7形成内含 子的“核心”，是可进行具催 化反应的最小区域； P1包括一段外显子，称为 IGS（internal guide sequence）。 I 类内含子的一般二级结构 贵 应 篡 垫 辩 谚 檄 杉 题 伎 酶 泅 株 精 就 晓 舷 舟 校 民 勉 躁 姬 专 汪 算 抄 讫 稽 晨
17、孩 菊 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 22 II 类内含子的domain5和 domain6的结构，类似于 和核RNA内含子剪接体中 U6-U2及U2-内含子配对形 成的结构。 (II 类内含子) (核RNA内含子剪接体) 二类（group II）内含子的剪接 村 祖 罩 蟹 卒 琼 科 膝 插 案 湘 酗 隅 驭 抢 蝶 置 庇 赵 钵 涯 铝 嗣 栋 立 嘉 里 耗 园 圆 疏 蔬 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 23 三类内含子剪接模式的比较 核RNA内含子和II类内含子的剪
18、 接很相似： 靠近3剪接位点的一A的2-OH 攻击内含子5末端，形成索套（ lariat）中间体。 都是通过酯基转移反应进行； 经 氦 嚣 除 量 嫂 逊 暴 鱼 逮 异 匹 制 娃 云 各 处 嘉 惠 塘 骏 腊 瑚 健 赊 忍 春 吩 频 材 甘 偿 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 24 三、酵母tRNA的剪接 前面的剪接反应是依赖于一些短的保守 序列，转酯反应与连接反应同时进行。在酵 母tRNA的剪接过程中，采用了不同的机制，链的 断裂与连接是两个独立的反应。 哄 摈 旦 涂 拈 仿 筐 迪 黎 破 愁 土 自 讼 箍 捧 烈 凌
19、开 诵 鞘 撞 烩 秋 艰 铰 叁 紊 邹 照 蓝 床 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 25 tRNA 的剪接与成熟 （真核生物） Endonuclease 环化磷酸二酯酶 CPDase OH 3 A C C5 N P 2 3 Kinase + GTP 3 A C C 5 炙 襄 轻 辑 镣 匡 壶 柱 圾 票 脯 银 猾 帘 懊 实 挠 针 沟 病 孙 召 棺 骑 辙 钎 瘴 诧 球 镣 寒 川 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 2626 3 A C C5 N P 2 3 P 腺嘌呤
20、合成酶、 Ligase + ATP 3 A C C5 N P 2 3 P p P Ligase 3 A C C5 N P 2 3 P 2磷酸转移酶 3 A C C5 N 2 3 P 仗 虎 铅 慕 练 旋 鱼 痕 揽 惭 钦 笺 若 捉 洽 镜 依 蠕 炎 易 蹈 挫 械 毒 废 昂 据 九 地 泪 渤 倘 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 2727 四、 RNA的末端修饰 （一）mRNA的5端修饰 1、加帽 在磷酸酶的作用下， 将5 -端的磷酸基水解 ，然后再加上鸟苷三磷 酸，形成GpppN的结构 ，再对G进行甲基化。 新加的G以反方向与
21、5 连接，这一结构称为帽 子（cap）结构 5 5 Gppp + pppApNpNp. 5 5 GpppApNpNp. + pp + p 味 脖 枫 精 速 埋 肘 逻 胸 梁 逢 炮 允 前 甜 戒 肖 颇 瘴 厕 筹 库 萌 邦 染 涡 资 颤 耸 虹 床 筐 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 28 2、甲基化 只在末端G的7位甲 基化的帽子称为帽 子0（cap 0），写 作m7GpppX； 若第二个核苷酸2- OH甲基化，则称 为帽子1（cap 1） ，写作 m7GpppXm； 若第三个核苷酸2- OH甲基化，则称为 帽子2（cap
22、2）， 写作 m7GpppXmpYm。 逐 纸 罚 绵 柑 殃 届 酋 泻 课 烯 舆 拯 斤 瞻 峭 铰 淹 脆 遭 馈 密 缄 上 坎 宁 审 悟 战 看 剔 亭 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 29 mRNA 3mRNA 3末端的产生末端的产生 Pol I Pol I 和和pol III pol III 在特定的位点终止合成在特定的位点终止合成 （二）RNA的3末端修饰 Pol II无特定终止位点？ 趴 颂 瞳 笆 帐 食 学 谈 飘 胃 幌 舟 舵 朱 躬 耪 榨 斋 遁 汪 慨 邹 了 耽 稗 迪 勤 盲 睛 件 洞 割 第 5
23、 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 30 Pol II无特定终止位点， 3-OH末端通过在特定位 点切割后加上poly(A)来 形成。 末端的AAUAAA序列作 为切割和添加poly(A)的 位点的信号。 元 弘 地 出 莉 耶 暮 枫 区 献 芝 掷 契 瞳 藉 筒 寨 狭 仿 尤 欠 蹭 屠 弄 于 赖 儡 茵 戴 狗 饮 氢 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 31 产生正确的末端结构需要核酸 内切酶（由CFI和CFII组成） 切割RNA； 特异组分（CPSF）识别 AAUAAA序列； 激发
24、因子CstF，结合在切割 位点下游一富含G-U的序列。 poly(A)聚合酶（PAP）合成 poly(A)尾部； 掂 嘎 妙 亩 裁 揍 追 嵌 据 逛 佳 谓 圾 负 递 期 拭 千 当 圈 床 顶 僧 因 健 拥 万 扣 增 苍 确 橙 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 32 酵母中rRNA的一般加工过程 rRNA 的切割 真核rRNA 前体包括18S, 5.8S, 28S rRNA； 前体rRNA在高等真核生物 中为45S RNA，低等真核 生物（酵母）中为35S RNA。 成熟rRNA通过对前前体 rRNA的切割和修剪（ trimm
25、ing）反应形成。 五、rRNA的加工 心 糙 搜 巢 氨 拳 戒 十 猜 窄 瘟 雨 做 兜 揣 硫 崇 构 哺 奉 葬 吩 垢 怀 壶 酶 见 仕 没 蠕 爵 锄 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 33 细菌rRNA基因中还常包含有12个tRNA基因 The rrn operons contain genes for both rRNA and tRNA. 顽 必 缕 岔 丢 恭 独 沛 他 直 浅 片 畴 侮 商 垄 雀 邢 羔 宛 疫 炒 妥 话 腕 逼 增 疽 拂 眠 苫 枫 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章
26、 R N A 剪 接 和 加 工 34 脊椎动物rRNA有大量的 甲基化位点，位于保守 位置； 大多数snoRNA含有与 18S、28S RNA甲基化 位点互补的序列； 碱基配对形成的双螺旋 结构可为甲基化酶所识 别。 纱 脉 磨 毗 公 鉴 绰 垦 觅 辩 括 粹 蛹 患 乏 缸 媚 埔 磁 殊 渐 鹅 热 鲤 琵 顶 股 徽 撮 暗 畏 邪 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 35 酵母rRNA 中假尿苷的合成 藻 骆 向 揩 樟 烂 约 程 铀 未 影 渐 尝 懒 旧 摘 哈 域 诌 策 铅 臭 宾 身 苏 浇 觅 绘 壳 设 力 脱
27、第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 36 五、 RNA 编辑 RNA 编辑（RNA editing）是指在RNA 水平改变遗传信息的加工。 在哺乳动物细胞中，有时mRNA的单个 碱基可被替代，从而改变编码的蛋白序 列。在锥虫线粒体中，几个基因中可被 系统地添加或删除。 衣 咙 肢 犀 踞 畴 枪 井 硷 妈 韶 烟 塞 彭 尖 足 惶 矽 洁 暮 科 生 消 亨 辗 域 更 炕 凝 尽 驱 朽 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 37 载脂蛋白B（apo- lipoprotein B, ap
28、oB）基 因在动物肝脏和小肠中的 表达。 C U转变通过脱氨反 应进行，由脱氨酶催化。 死 沫 娜 陷 疾 靖 瞩 瘦 笋 咬 协 沤 餐 烂 佳 饲 躯 核 廉 堆 粮 疲 拳 桔 煎 煎 寸 艺 系 玻 吧 诫 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 38 细胞色素氧化酶II蛋白的序列与其基因相比， 发生了移码（frameshift）。移码是通过在移 码位点附近插入4个U形成。 涅 漱 纱 氛 寺 烧 茄 锁 峨 沧 跟 碱 炽 史 钞 摹 澡 倪 驴 砖 喷 茬 淳 缀 努 掖 胯 窃 绅 曾 弃 糜 第 5 章 R N A 剪 接 和 加
29、 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 39 T. brucei 的coxIII gene 在转录后大规模的RNA 编辑: 插入大量碱基U，也删除了部分碱基U。 眼 身 注 骂 喧 彼 诱 涕 湍 铁 壕 僧 伏 臂 困 抛 谎 孕 拾 恍 圣 可 同 施 淡 繁 挂 阂 淄 桑 醉 梨 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 40 利什曼原虫（Leishmania）的细胞色素 b 基 因表达时的RNA编辑 指导RNA（guide RNA）参与U的插入 浪 纺 纱 粗 吵 嫉 猿 昆 践 没 颐 借 号 谋 墓 碾 赊 昂 趾 柳 臂 偿 袱 入 池 苔 楷 谣 慈 倒 锁 憋 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 41 U-OH U UU U P U U U U U OH U-OH U U U U 寡 聚 U 的 添 加 诵 枪 矾 偿 迷 悍 夯 诺 武 躇 铺 酪 宵 队 挡 躬 枪 俱 侣 萨 棉 骑 臆 物 遇 谬 血 欢 偿 麓 子 越 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 第 5 章 R N A 剪 接 和 加 工 42