《RNA转录(下）----转录产物的加工修饰及转运降解.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RNA转录(下）----转录产物的加工修饰及转运降解.ppt（57页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第四章 RNA转录(下）-转录产物的加工修饰及转运降解,1 引言-几个重要概念 2 tRNA和rRNA的加工 3 真核生物mRNA的加工、修饰 4 RNA的转运及降解,1 引言-几个重要概念,1.1 断裂基因、内含子和外显子 1.2 hnRNA、 hnRNP 、sRNA,断裂基因(interrupted gene): 对一个可表达为蛋白质的基因，如果其初始转录产物(前体mRNA)与有生物学功能的成熟mRNA相比，如其间含有不能编码为蛋白质的间隔序列，则这个基因称为断裂基因。 因此，真核基因通常也被称为断裂基因。,1.1 断裂基因、内含子和外显子,断裂基因含有： 断裂基因中，转录但通过将两端的序
2、列（外显子）剪接在一起而被去除的转录产物所对应的DNA片段。 断裂基因中，在成熟mRNA产物中存在的任何片段。,内含子(intron)：,外显子(exon):,Introns are removed to make mRNA from an interrupted gene,Note:,The order of exons does not change between DNA and RNA,A-C,C-B,hnRNA (heterogeneous nuclear RNA)：不均一核RNA 是成熟的mRNA的前体。 hnRNP(heterogeneous nuclear ribonucleo
3、particles) 核糖核蛋白颗粒 hnRNA的物理结构是核糖核蛋白颗粒(hnRNP)，颗粒中蛋白质包围着hnRNA，这种hnRNA和蛋白质组成的复合物称为hnRNP。,1.2 hnRNA、 hnRNP 、sRNA,sRNA (100-300 base, 0-106/cell): 1）snRNA: 细胞核中的小分子RNA称细胞核小RNA (small nuclear RNA) 2）scRNA: 细胞质中小分子RNA称细胞质小RNA (small cytoplasmic RNA)。 3）snoRNA: 在核仁中存在的一类小的RNA，称为核仁小RNA (small nucleolar RNA)。
4、,2 tRNA和rRNA的加工,2.1 前体tRNA的加工 2.2 前体rRNA的加工 2.3 RNA的编辑及化学修饰,rRNA和tRNA有以下三点特性： 1） 所有RNA初级转录产物的5末端均是5-三磷酸，而成熟rRNA和tRNA分子的5末端是5单磷酸； 2）rRNA和tRNA分子比初级转录产物小很多； 3）所有tRNA含有稀有碱基。,tRNA和rRNA被加工的实验证据,2.1 前体tRNA的加工,tRNA的加工内容： 在核酸内切酶RNaseP作用下，从5末端切除多余的核苷酸。 在核酸外切酶RNaseD作用下，从3末端切除多余的核苷酸。 核苷酸转移酶催化，3末端加CCA-OH，为tRNA加工
5、特有反应。 核酸内切酶催化进行剪切反应，剪掉内含子，由连接酶连接外显子部分。 化学修饰，如甲基化、脱氨基、还原反应。,The intron in yeast tRNAPhe base pairs with the anticodon to change the structure of the anticodon arm.,Splicing of yeast tRNA in vitro can be followed by assaying the RNA precursor and products by gel electrophoresis.,tRNA 的剪接分为剪切和连接两个步骤,2.
6、2 前体rRNA的加工,大部分rRNA是作为单一初始转录物的一部分进行合成，经过加工后才产生成熟产物。,真核生物中前体包括了5.8S rRNA 、18S rRNA、和28S rRNA序列。在高等真核生物中，前体以沉降速率来命名，命名为45SRNA，在低等真核生物中，它比较小（如酵母中为35S）,rRNA 从普通的前体中被剪切出来,原核生物中前体包括了16S rRNA、23S rRNA和5S rRNA和tRNA序列。前体为30S RNA。,2.3 RNA的编辑及化学修饰,RNA的编辑(RNA editing): 某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式，发生编辑后，导致DNA所编码的遗传信息的改
7、变（如单碱基突变）。 RNA的修饰（RNA modification）： 有些RNA，特别是前体rRNA和tRNA可能有特异性的化学修饰。,3 真核生物mRNA的加工、修饰,3.1 mRNA 5端的加帽 3.2 mRNA 3端的多聚腺苷酸化 3.3 前体mRNA内含子的删除,3.1 mRNA 5端的加帽,The 3 ends of mRNAs are generated by cleavage and polyadenylation；The sequence AAUAAA is necessary for cleavage to generate a 3 end for polyadenyla
8、tion.,3.2 mRNA 3端的多聚腺苷酸化,3.3 前体mRNA内含子的删除,3.3.1 生物体内内含子的种类 3.3.2 内含子的删除机理 3.3.3 内含子的不同剪接方式,3.3.1 生物体内内含子的种类,3.3.2 内含子的删除机理,（1）GU-AG型内含子 （2）GC-AG型和AU-AC型内含子 （3）I 类内含子和 II类内含子,RNA剪接（splicing）：从DNA模板链转录出的最初转录产物中除去内含子，并将外显子连接起来形成一个连续的RNA分子的过程。 剪接体或拼接体（spliceosome）：snRNA与特异的蛋白质形成复合物snRNP。mRNA前体与snRNP形成的复
9、合物称之为剪接体。 mRNA前体的剪接通过剪接体进行的。 mRNA前体的剪接机制： 剪接过程由二步连续的转酯反应组成。该过程中产生一个套索状中间体，结果使两个原先被分隔的外显子连接。 剪接实际上是磷酸酯的转移反应。,注意：“RNA剪接”与“RNA编辑”的区别,两个外显子通过剪接连接在一起,在内含子中插入基因片段同样可以剪接被分开的内含子,5 splice site含：共有序列GU 3 splice site含：保守序列AG GU-AG（最初称GT-AG） 规则：描述了在前体mRNA中内含子的最初及最末位置上必须出现的恒定的双碱基,（1）GU-AG型内含子,内含子两端的成对识别是保证正确剪接的前
10、提,错误的配对识别剪接会导致外显子被去除,核内RNA完成剪接所需的只是5位点、3位点和分支位点（branch site) UACUAAC 的三个短的一致性序列。 分支位点位于内含子3剪接位点1840个核苷酸处。,剪接导致形成套索结构,剪接实际上是磷酸酯的转移反应,参与剪接过程的5个snRNP是U1，U2，U4，U5和U6，这是据所含有的snRNA而命名。 每个snRNP含有一个snRNA 和几种（少于20种）蛋白质， snRNP共含有约40种蛋白质分子。每个snRNP都含有一个由8种蛋白质组成的结构中心。 snRNP和其他一些辅助蛋白质共同构成了剪接体。,snRNA是GU-AG型内含子剪接所必
11、需的,1）,2）,3）,4）,5）,6）,剪接过程,FLASH,（2）GC-AG型和AU-AC型内含子,人类基因组剪接位点： GU-AG98% GC-AG 1% AU-AC0.1% 注意：这几种内含子在很多基因组内同时存在，有时甚至出现在同一条基因里。,（3）I 类内含子和 II类内含子,I 类内含子和II类内含子具有RNA自我切割的能力。 自我剪接（self-splicing, autosplicing)： 像催化作用一样，内含子能从RNA里切下自已，而这只依赖于内含子中的RNA序列。,原始转录产物,完成剪接的RNA,RNA剪接中间产物,上游外显子的自由3-OH作为亲核基团攻击内含子3位核苷
12、酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开,自由鸟苷酸的3-OH作亲核基团攻击内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链,I类内含子的自我剪接过程,GTP、GDP、GMP、G,II类内含子的自我剪接过程,Note: I类内含子比II类内含子更普遍，两类之间几乎没有联系。但是这两类RNA在体外都能进行自我剪接，而不需要其它蛋白质提供酶活性。但在体内还是需要蛋白质来帮助折叠。,三类剪接反应总结： 按两步酯交换作用进行： 首先游离羟基进攻外显子1和内含子结合处，接着外显子1末端产生的羟基进攻外显子2与内含子结合处。,3.3.3 内含子的不同剪接方式,（1）可变剪接 （2）顺式剪接和反式剪接,（1）可变剪接
13、（alternative splicing ）,在mRNA前体的剪接过程中，参加剪接的外显子可以不按其线性次序剪接，内含子也可以不被切除而保留，即一个外显子或内含子是否出现在成熟mRNA中是可以选择的，这种剪接方式称为选择性剪接或可变剪接。 选择性剪接的方式主要有四种： 1）拼接产物缺失一个或几个外显子 2）拼接产物保留一个或几个内含子作为外显子的编码序列 3）外显子中存在5拼接点或3拼接点，从而部分缺失该外显子 4）内含子存在5拼接点或3拼接点，从而使部分内含子变为编码序列,腺病毒的E1A基因可将多个5位点剪接成共同的一个3位点,黑腹果蝇的tra将一个5位点与多个3位点剪接,（2）顺式剪接和
14、反式剪接cis-splicing & trans-splicing,顺式剪接：剪接发生在同一条RNA分子上； 反式剪接：剪接发生在不同的RNA分子上。,Trans-splicing occurs only in special circumstances,4 RNA的转运及降解,4.1 真核生物的RNA转运 4.2 mRNA的降解,4.1 真核生物的RNA转运,RNA以核糖核蛋白颗粒形式跨膜转运； 所有在细胞质中起作用的真核生物细胞RNA都要从细胞核内转运出来； mRNA能被特异性地转运到翻译的位置，在细胞之间能够被长距离转运。,剪接与mRNA出核相关联,在完成合成和加工后，mRNA以核蛋白复
15、合体的形式从细胞核内被转运到细胞质中。 内含子可以阻止mRNA的出核，因为它们与剪接装置联系在一起。,mRNA 是mRNA出核必须的,外显子结合体EJC (exon junction complex)通过识别剪接复合物结合到RNA上。,4.2 mRNA的降解,4.2.1 细菌mRNA的降解 4.2.2 真核生物mRNA的降解,4.2.1 细菌mRNA的降解 细菌mRNA的降解总的方向为5 3； 降解由两部分组成：核酸内切酶的切割，以及核酸外切酶对这些片段从3 5方向的降解。,mRNA is degraded by exo- and endo- nucleases,4.2.2 真核生物mRNA的降解,mRNA稳定性因素: mRNA两端的修饰防止它被外切酶降解； mRNA中的特异序列可影响它的稳定/非稳定性； poly(A)的缺失可能引发非稳定性。,3端的脱腺苷化引发了5端帽子结构的脱离，这是由于在poly(A)上的PABP阻止了脱帽子酶结合到5端。 当poly(A)的长度缩短至1015个碱基之后，PABP也脱落。而脱帽反应发生自5端开始的12个碱基的切割。,本章内容结束！,本章思考题见复习大纲。,