真核生物的转录和后加工.ppt

真核生物RNA的转录和后 加工 转录：以DNA为 模板合成RNA的 过程。 参与转录的物质 原料: NTP（ATP, UTP, GTP, CTP） 模板: DNA 酶: RNA聚合酶（RNA polymerase, RNA-pol） 其他蛋白质因子 真核生物 RNA聚合酶 三种RNA-pol I 、II、III 真核生物RNA聚合酶的特性 类别IIIIII 细胞内位置 核仁核质核质 转录产物 除5S-rRNA 外其余rRNA hnRNAtRNA snRNA 5S-RNA 占RNA转录 总量 50-70%20-40%10% 对-鹅膏蕈（ xun）碱的敏 感性 耐受高度敏感中等敏感 (物种特异性) 注：鹅膏覃碱是真核生物 RNA-pol 的特异性抑制剂 真核生物的转录过程真核生物的转录过程 （一）转录起始 真核生物的转录起始上游区段比原核生物 多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结 合模板DNA，而是借助众多转录因子， 其起始过程比原核生物复杂。 * 真核生物的转录起始是在转录因子(TF)的 协助下，RNA聚合酶辨认结合转录起始 点上游的DNA序列 (启动子)，生成起始 前复合物。 1. 转录起始前的上游区段 顺式作用元件(cis-acting element) 顺式作用元件是指与结构基因串联的特定DNA序列，是转录因子的结合位点，它 们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转录效率。 转录起始点 TATA盒 CAAT盒 GC盒 AATAAA 转录终止点 外显子 翻译起始点 内 含 子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体 2. 转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区段 DNA的蛋白质，统称为反式作用因子 (trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚 合酶的，则称为转录因子(trans- criptional factors, TF)。 参与RNA聚合酶转录的转录因子（TF） 转录因子 亚基和(或)分子量 （kDa） 功能 TFD TBP，38 结合TATA盒 TAF 辅助TBP-DNA结合 TFA 12，19，35 稳定D-DNA复合物 TFB 33 促进RNA-pol结合 TFF 30，74 解螺旋酶 TFE 57()，34()ATPase TFH 蛋白激酶，使CTD磷 酸化 3. 转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC) 真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结 合，而需依靠众多的转录因子。 TBP TAF TF II H 4. 拼板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要3至5个 转录因子。转录因子之间互相结合，生成 有活性和专一性的复合物，再与RNA聚 合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的 基因。 （二）转录延长 真核生物转录延长过程与原核生物大致相 似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同 步的现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。 转录延长过程中可以观察到核小体移位和 解聚现象。 转录延长中的核小体移位 RNA-Pol RNA-Pol RNA-Pol 核小体 转录方向 （三）转录终止 终止过程： 酶停止添加底物释放 RNA链酶解离 终止反应杂合双链的氢键断裂， 重新形成双螺旋，酶的解离。 终止子（terminator）：在转录的过程中 ，提供转录终止信号的RNA序列 真正起终止作用的是RNA序列，与启动 子不同 真核生物的转录后修饰 Post-transcriptional Modification 在细胞内，原初转录产物经过一系列变化 转变 为成熟的 RNA分子的过程，称为转录后 加工（post- transcriptional processing） RNA加工反应的分类 加工反应 举例 剪切使rRNA和tRNA从多顺反子转录本中释放，终止真核生物mRNA转录 内切降解加工rRNA和tRNA产生成熟末端 核酸转移转移CCA到某些tRNA的3末端 碱基化学修饰mRNA和rRNA的甲基化，tRNA和snRNA普遍碱基修饰 核酸切除和替换tRNA鸟嘌呤的过度修饰产生二氢尿嘧啶(Q)和假尿嘧啶(W) 加帽在真核生物mRNA 5末端加上7-甲基鸟嘌呤 多腺苷酸化在大多数真核生物和少数细菌mRNA 3末端加上多腺苷酸尾巴 剪接(转接)去除大多数内含子(经常是顺式，偶尔反式) 剪接(连接)去除tRNA内含子 编辑通过碱基修饰改变mRNA所携带信息，在编码区中插入或缺失碱基 引自Advanced Molecular Biologiy:A Concise Referencetabl 27.1，Richard M .Twyman,BIOS Scintific publishers limited,1998 一、mRNA的转录后加工 (一)首尾的修饰 1. 5-端加帽：m7GpppG 1. 2. 3-端加尾：多聚腺苷酸 (poly A) 2. 3. 剪接 ：外显子和内含子、断裂基因 (interrupted gene) 4.编辑 5pppN5pppN5 5 p pN ppippi pppGpppG pi pi 5 5 GpppGpppN 5 m5 m 7 7 GpppGpppN （S-S-腺苷甲硫氨酸）腺苷甲硫氨酸）CHCH 3 3 磷酸酶磷酸酶 甲基化酶甲基化酶 mRNAmRNAmRNAmRNA mRNAmRNA mRNAmRNA 5 5- -末端帽子的生成末端帽子的生成 先于剪接加工先于剪接加工 注：帽子结构中G未甲基化，翻译效果差，但稳定性不变 mRNA鸟苷酰转移酶 帽子结构 3-3-末端多聚腺苷酸的合成末端多聚腺苷酸的合成 先于剪接加工先于剪接加工 poly A polymerase poly A polymerase 催化催化，转录后修饰，转录后修饰 点序列（点序列（AAUAAAAAUAAA）提供信号）提供信号 一般长度为一般长度为100200100200个腺苷酸个腺苷酸 vv （二）mRNA的剪接 1. hnRNA 和 snRNA hnRNA hnRNA 成熟成熟 mRNA mRNA 前身（含非编码前身（含非编码 内含子）内含子） snRNP(small nuclear ribonucleoproteinsnRNP(small nuclear ribonucleoprotein ，小核核糖核蛋白体，小核核糖核蛋白体) 由由snRNAsnRNA和核内和核内 蛋白质组成，作为蛋白质组成，作为RNARNA剪接场所。剪接场所。 断裂基因(splite gene) 真核生物结构基因，由若干个编码区和非 编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去 除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨 基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断 裂基因。 非编码区 AG 编码区17 2. 外显子(exon)和内含子(intron) 外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现， 并表达为成熟RNA的核酸序列。 内含子 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被 除去的核酸序列。 鸡卵清蛋 白基因 hnRNA 首、尾修饰 hnRNA剪接 成熟的mRNA 鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰 3. 内含子的分类 I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物 的 rRNA基因； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基 因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪 接过程需酶及ATP。 4. mRNA的剪接 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接 。 snRNP与hnRNA结合成为并接体。 （1）剪接接口（边界序列） 内含子5-末 端的GU和3-末端AG，也即5 GUAG-OH 3 。 （2）剪接体（splicesome） 由snRNP与 hnRNA结合的复合体。其功能：致内含子形成 套索，并使上、下游外显子靠近的。 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转 录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为 分化加工(differential RNA processing)。 5. mRNA的编辑(mRNA editing) 指在转录水平上发生改变 RNA 编码 序列，致一种基因产生不止一种蛋白质的 加工方式。 tRNA的加工分成3个阶段 (1)“斩头”，形成5末端。RNaseP识别二级结构发 夹所组成的tRNA(外部引导区 )。 (2) 去尾，形成3-OH末端。由内切酶和外切酶的共同 参与。前者识别发夹结构，后者识别CCA序列。 (3)修饰：在前体tRNA的一些专一部位的碱基需要通过 甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作用进行修 饰成为特殊的碱基，如氨基酸臂上5的4-硫尿苷（4tu ），D臂上的2甲基鸟苷（2mG），TC臂上的假尿苷 （）以及反密码子环上的2异戊腺苷（2ipA） 二、tRNA的转录后加工 tRNA前体 TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCC DNA RNAaseP、 内切酶 连接酶 tRNA核苷酸 转移酶 碱基修饰 （2）还原反应 如：U DHU （3）核苷内的转位反应 如：U （4）脱氨反应 如：A I 如：A Am （1）甲基化 （1） （1） （3） （2） （4） 三、rRNA的转录后加工 1 . 甲基化 先于切割拼接，主要位置在核 糖- 2-OH 上，约占2%(真核)左右。 真核rRNA甲基化程度比原核的高 2 .rR