RNA转录后的剪切与加工.ppt

1,原核生物RNA的转录后加工Post-transcriptionalprocessinginprokaryotes真核生物RNA的转录后加工Post-transcriptionalprocessinginEukaryotesRNA的剪接、编辑和再编码RNASplicing,EditingandRecoding,第9章RNA转录后的剪切与加工Section9RNAPost-transcriptionalprocessing,2,3,大多数新生RNA分子必须经过多种修饰才成为成熟的产物，RNA加工是对初生转录物进行修饰的总称，主要方式有：（1）核苷酸的切除（2）初生RNA转录物或剪切产物的两端（3端和5端）添加核苷酸（3）对某些特殊的核苷酸碱基或糖苷进行修饰。,RNA的加工方式TypesofRNAprocessing,4,原核生物的rRNA加工rRNAprocessinginprokaryotes,原核生物RNA的转录后加工Post-transcriptionalprocessinginprokaryotes,原核生物的tRNA的前体加工pre-tRNAprocessinginprokaryotes,原核生物的mRNA前体加工pre-mRNAprocessinginprokaryotes,5,大肠杆菌共有7个转录单位分散在基因组中。每个转录单位由16SrRNA，23SrRNA和5SrRNA以及1-4个tRNA基因组成。初生转录物的沉降系数为30S，约含6500nt，5端为pppA。,原核生物的rRNA加工rRNAprocessinginprokaryotes,6,（1）初转录产物通过内部互补序列间的碱基配对折叠形成一些茎环结构（图），这些茎环结构有助于与一些蛋白质结合形成核糖核蛋白复合体（RNP，ribonucleoprotein）；,rRNA转录后的加工步骤,7,（2）结合之后进行甲基化修饰，并由RNaseIII进行剪切，释放出16SrRNA，23SrRNA和5SrRNA前体分子；,8,（3）在RNA酶M5、M16、M23的作用下，分别对前体rRNA分子的5端和3端进行进一步的剪切，之后释放出成熟的RNA分子。,9,10,11,tRNA的一级结构：单股RNA，73-93nt核苷酸；tRNA的二级结构：为三叶草结构,而且很保守(1)3端含CCA-OH序列；(2)TC环(TCloop)；(3)额外环或可变环(extrovariableloop)；(4)反密码子环(anticodonloop)；(5)二氢尿嘧啶环(dihydr-Uloop或D-loop),原核生物的tRNA的前体加工pre-tRNAprocessinginprokaryotes,12,原核生物的tRNA基因的转录单元大多数是多基因的。不但同一种tRNA的几个基因拷贝可以转录在一条RNA中,而且不同的tRNA也可以转录在一条RNA中。还有的tRNA与rRNA组成转录单元。,13,原核生物研究最为透切的是tRNATyr,它是携带Tyr(酪氨酸)的tRNA,识别密码子GAU。,举例：大肠杆菌tRNATyr的加工过程,14,首先，转录物前体经过折叠形成特征茎环结构,15,(1)RNaseF内切酶在3端切除侧翼序列。于是3端就留下一个额外的9个核苷酸；（2）RNaseD外切酶从3端切下7个核苷酸；（3）RNaseP内切酶切去5端的前导序列，产成熟的5端；（4）RNaseD外切酶继续切去3端剩余的2个核苷酸，产生成熟的3端CCAOH;（5）tRNA再经过一系列的碱基修饰，形成成熟的tRNA分子。,加工步骤,16,原核生物的mRNA前体加工pre-mRNAprocessinginprokaryotes,原核生物中mRNA转录物根本不需要加工或很少需要加工。因为原核生物的核糖体在mRNA分子的合成未完成前就开始翻译。一些内部顺反子的3端和5端形成茎环结构以保护自身免受外切酶的降解。少数多顺反子mRNA需通过内切核酸酶切成较小的单位后才进行翻译。如：核糖体大亚基蛋白,17,真核生物的转录后加工Post-transcriptionalprocessinginEukaryotes,真核生物的rRNA加工rRNAprocessinginEukaryotes真核生物的tRNA加工tRNAprocessinginEukaryotes真核生物的mRNA加工mRNAprocessinginEukaryotes,18,总RNA电泳图,19,真核生物rRNA前体的加工,真核生物有四种rRNA,即5.8SrRNA,18SrRNA,28SrRNA及5SrRNA。5.8SrRNA,18SrRNA,28SrRNA由45S的前体rRNA剪切而来。5SrRNA由RNAPolIII转录，只需简单加工或不需加工。不同的生物其前体的大小是特定的，如酵母为7000nt，哺乳动物为35000nt。近年来人们发现,哺乳动物的rRNA的最原始转录物并不是45S,而是47S。由于3端部分很快进行转录后处理,5也除掉一小部分而变为45S。还可能存在一种46S的中间体。,20,21,22,加工步骤：（1）rRNA基因转录产生47S前rRNA初生转录物（2）切除掉外部转录间隔区（ETSs，externaltranscribedspacers),形成45S前rRNA（3）再切去内部转录间隔区（ITSs,internaltranscribedspacers)，形成41S前rRNA（4）释放出32S和20S的前RNA（5）进一步修剪，形成成熟的rRNA，包含了5.8SrRNA,18SrRNA,28SrRNA,23,Mammalianpre-rRNAprocessing,24,真核生物的tRNA加工tRNAprocessinginEukaryotes,以真核生物酵母菌tRNATyr的加工为例tRNATyr的前体5端有16nt的前导区，3端有2个额外的核苷酸，有一个14nt的内含子（右图）初转录物前体形成特征茎环结构,25,酵母菌tRNATyr的加工过程：（1）内切酶识别茎环结构切去5端前导区和3端额外的2个核苷酸。（2）在tRNA核苷转移酶的作用下在3端加上5-CCA-3成为成熟的3端。（3）tRNA内切酶切除了内含子，并由连接酶把缺口连接，之后成为成熟的tRNA,26,真核生物tRNA的内含子剪切,27,真核生物的PolII转录的基因很多、大小不一，从60-300nt（snRNA）到长度超过100kb的。PolII的初转录产物称为核内不均一RNA（hnRNA,heterogeneousnuclearRNA).那些即将被加工的转录物称为前mRNA（pre-mRNAs)。真核生物前mRNA的加工过程包括5端加帽、3端剪切及加PolyA尾、剪接和甲基化加工，最后形成成熟的mRNA。,真核生物的mRNA加工mRNAprocessinginEukaryotes,28,5端加帽5capping,在mRNA转录链长度超过20-30nt之前，其5端经化学修饰被加上7-甲基鸟苷残基，这种5端的修饰称为帽子结构。图连接方式是5-5连接，与正常的3-5连接方式不同，是由mRNA鸟苷转移酶催化这一添加核苷酸反应。,29,帽子结构,7-甲基鸟苷,鸟苷转移酶,5,3,5,30,帽子结构的功能：1）帽子结构为核糖体对于mRNA的识别提供了信号；2）帽子结构增加mRNA的稳定性,保护mRNA免遭5外切核酸酶的攻击；3）同时有利于mRNA及其前体的其他反应如剪接、转运和翻译。,31,32,3端剪切及加尾3cleavageandpolyadenylation,大部分成熟mRNA具有3多聚A尾巴，它是经过剪切后再加上一串A残基而成，通常叫做polyA尾巴。这个特征可用于纯化mRNA。特定序列元件：1）5-AAUAAA-3聚腺苷酸信号序列，2）在其后1120nt处紧随着一个“5-YA-3”结构，3）在其下游方向的GUGUGUG。这些序列共同决定了聚腺苷酸化位点(polyadenylationsite)。,33,剪切与加尾过程：1）特定蛋白因子识别序列元件并与mRNA结合，形成复合体后即开始剪切。2）聚腺苷酸聚合酶（PAP）在剪切后的3端加上多至250个的A残基。,34,polyA尾巴的功能：1）稳定mRNA分子，抵抗3-端外切酶攻击的作用。2）有助于细胞质中成熟mRNA的翻译。,35,作业：请填写下表的真核生物RNA,36,RNA的剪接、编辑和再编码RNASplicing,EditingandRecoding,RNA的剪接（拼接）RNASplicingRNA的编辑RNAEditing,37,RNA的剪接有4种方式：1）I型自我剪接2）II型自我剪接3）核mRNA剪接体剪接4）核内tRNA前体的酶促剪接,剪接：切除基因内的内含子后将外显子连接在一起的过程称为剪接。,RNA的剪接RNASplicing,依靠自身的核酶把内含子切除,38,3)核mRNA剪接体剪接剪接体（spliceosome)：mRNA前体在剪接过程中组装形成的多组分复合物，主要由snRNA和蛋白质组成。是一种具有催化剪接反应的核糖核蛋白复合体。,剪切的特殊序列：,剪接方式：,39,（1）剪切过程：二步反应（two-stepreaction),branchpoint,A,40,（2）剪切过程由U1、U2、U4、U5和U6snRNP催化1）U1与5端剪切位点GU结合；2）U2与分支位点A结合，随后U4、U5、U6形成复合体，使得内含子形成环状结构，外显子的3端与5端相互靠近；3）mRNA与snRNP的复合体被称为剪接体。,41,（3）核内tRNA前体的酶促剪接,真核生物tRNA的内含子剪切,第1步：由内切酶断裂磷酸二酯键，切去内含子，不需要ATP；第2步：连接酶连接，需要ATP。,42,可变mRNA加工AlternativemRNAprocessing,可变加工Alternativeprocessing可变poly(A)位点Alternativepoly(A)sites可变剪接Alternativesplicing（选择性剪接）,43,可变加工Alternativeprocessing,可变加工是指一个特定的前mRNA通过使用不同的poly(A)位点或不同的剪接方式产生出一种以上的成熟的mRNA.可变加工的类型有:可变剪接和可变poly(A)加工,44,2.可变poly(A)位点Alternativepoly(A)sites,有3种情况：（1）一些前mRNA含有多组的Poly(A)位点，细胞或生物只使用其中的一组，因而在不同的时间里同一个基因可产生出具有相同编码区，不同稳定性或定位的成熟的mRNA。（2）同一细胞中两个位点以一定频率被利用，结果该细胞会同时含有两种mRNA。（3）一种细胞可能只利用一个Poly（A）位点，而不同细胞利用另一Poly（A）位点。,45,3.可变剪接Alternativesplicing,可变剪接是指从一个特定的基因转录物中通过利用不同5、3剪接位点产生出不同的成熟的mRNA的过程。主要有四种方式：（1）利用不同的启动子（2）利用不同的Poly（A）位点（3）保留某些内含子（4）保留或去除某些外显子,46,47,RNA编辑RNAediting,定义：RNA编辑是RNA加工的一种形式，是通过改变、插入或删除初生转录物特定部位的碱基而改变其中的核酸序列。,DNA序列GAGAAmRNA序列GAU*U*GU*AU*A蛋白质序列AspCysIle,48,RNA编辑的机制：,（1）指导RNA(guideRNA,gRNA)的存在,主要是转酯反应；,49,（2）脱氨反应，使C换成U.例如人类Apo-B蛋白，在肠细胞内通过将mRNA上的一个C换为U产生一个终止