RNA的加工.ppt

Chapter7RNAprocessing,一、RNA的加工：将各种前体RNA分子加工成成熟的、有活性的RNA的过程二、场所：主要是在细胞核内进行,第一节概述,三、RNA加工的类型：1、剪切：就是剪去部分序列；2、剪接：是指剪切后又将某些片段连接起来。3、末端添加核苷酸：如tRNA的3-末端添加-CCA。4、修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。5、RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA自DNA模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化。,一、原核生物rRNA的加工,第二节rRNA的加工,16SrRNA,23SrRNA,5SrRNA,tRNA,tRNA,大肠杆菌最初的转录物（30S）,1、核糖核蛋白复合体（RNP）形成初生转录物形成一些茎环结构，随后与一些蛋白结合形成核糖核蛋白复合体（RNP）,茎环结构,RNP,原核生物rRNA的加工,（RNA酶）,2、甲基化修饰：（通常是A）甲基供体-S-腺苷甲硫氨酸3、剪切：（1）Rnase剪切释放出5S，16S，23S前体分子；（2）随后RNA酶M5,M16,M23分别在每一前体分子的5端和3端进行剪切。,二、真核细胞rRNA的加工,（一）概述1、rRNA基因：RNA聚合酶转录转录物需要加工2、5srRNA基因：RNA聚合酶转录-转录物不需加工,Mammals,18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNA,47Spre-rRNA(13500nt)100site2-O-methlsnoRNP,MaturerRNAs,ETS1,ITS1,ITS2,ETS2,45Spre-rRNA,41Spre-rRNA,20S+32Spre-rRNA,5.8S-28SBasepair,（二）真核细胞rRNA前体的加工过程,18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNA,（1）广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及18S中。（2）除掉外部转录间隔区(ETS)1和2，再切去内部转录间隔区（ITS），释放出32S和20S的两个前RNA。（3）随后45SrRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、5.8S、28SrRNA。,真核细胞rRNA前体的加工过程,第三节tRNA的加工,一、原核tRNA的加工1、“斩头”，形成5末端；（RNaseP）2、“去尾”，切除3多余的核苷酸直至CCA，形成3-OH末端（RNaseD）；3、修饰：甲基化等,二、真核tRNA的加工和原核的区别,1、真核tRNA前体中无二聚体和多聚体；2、增加了剪接内含子的过程；3、真核生物CCA多由tRNA核苷酸转移酶添加，而原核多由tRNA基因编码。,第四节前体mRNA的加工,一、原核生物与真核生物基因表达的差异,二、核内不均一RNA（hnRNA）-RNApol的产物1、hnRNP：hnRNA+蛋白前mRNAsnRNA2、snRNP：snRNA+蛋白功能：参与前mRNA的剪接,hnRNA,三、真核生物前mRNA加工过程,前mRNA加工过程5端加帽（5-capping）3端加尾剪接（splicing）甲基化修饰（methylation）,（一）5端加帽（5-capping）（P83）,1、三种5帽结构形式,帽0m7GpppNpN帽1m7GpppNmpN帽2m7GpppNmpNm,2、5帽的作用：（1）防止被5外切核酸酶降解（2）翻译时可被起始因子和核糖体识别（3）有助于mRNA越过核膜，进入胞质,3、5-capping:m7G(5-5,mRNAguanyltransferase鸟苷转移酶)Base1:2-OH甲基化；A(N6-甲基化)Base2:2-OH甲基化,5pppNp,真核生物mRNA转录后加工-“加帽”,（1）mRNA5末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp-。（2）在鸟苷酸转移酶作用下，与Gppp反应形成GpppNp-,连接方式为5-5三磷酸桥。（3）在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)提供甲基，在鸟嘌呤的N-7上甲基化（4）在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2OH上又进行甲基化，最后形成m7GpppNmp。,（二）3端加尾,1、3端:polyApoly(A)聚合酶-Poly(A)polymerase(PAP);poly(A)：大部分真核mRNA有poly(A)尾巴poly(A)：无poly(A)尾巴，如组蛋白的mRNA2、作用：（1）稳定mRNA（2）有助于mRNA从核到细胞质转运,2019/12/1,25,可编辑,3、3末端多聚A尾的生成（1）识别因子识别AAUAAA（2）剪切因子(CF)在加尾位点AAUAAA下游1130nt处剪切RNA；（3）poly(A)聚合酶合成poly(A)尾巴；,第五节内含子的剪接,一、核酶(Ribozyme)是指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。1、发现1981年T.Cech和S.Atman四膜虫rRNA2、类型：剪切型：相当于内切核酸酶剪接型：相当于内切核酸酶及连接酶其他类型：如核苷酸转移，脱磷酸作用,3、核酶与传统酶的区别：（1）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带蛋白的RNA；（2）有的核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应,4、意义：突破了酶的概念；揭示了内含子自我剪接的奥秘；促进了RNA的研究为生命的起源和分子进化提供了新的依据。,二、前mRNA的剪接（splicing）（一）前mRNA的内含子GU-AG类（主要）AU-AC类（次要）,GU-AG类内含子剪接位点的特征：（1）5剪切点（供体位点）为GU（2）3剪切点（受体位点）为AGGT-AGrule(GT-AG规则)：指在核基因内含子开始和结束出现的两个固定的脱氧核苷酸:5端为GT,3端为AG，与前体RNA内含子剪接有关（3）分支部位：多聚嘧啶序列：Py80NPy80Py87Pu75APy95，,（二）剪接体的形成1、剪接体（spliceosome）是由几种非特异的小核糖核蛋白(UsnRNP)与mRNA前体结合而成2、剪接因子（1）UsnRNPs：U1、U2、U5、U4/U6（2）化学组成：U-RNA+proteinsU-RNAs(uracilrichRNA)：snRNAs（3）特点：snRNP中的RNA成分与5端和3端剪接点及分支点的多种保守碱基配对,UACUAAC,GU,AG,3、剪接体的形成,3、剪接体的形成：（1）U1snRNP识别外显子的5末端剪接序列，并与其互补而结合（2）U2snRNP识别并结合于分支部位（3）U5snRNP，识别并结合于内含子3末端剪接位点（4）U4，U6也参加到剪接体中，起配合作用（5）mRNA与snRNP形成复合体-剪接体,套索结构,套索的形成及剪接,1,2,1,2,（三）前mRNA的内含子的剪接1、分支点A的2-OH攻击5端交界处的磷酸二酯键，形成套索（lariat）结构2、切下的外显子1的3-OH攻击内含子3端的交界处磷酸二酯键，同时释放出套索状的内含子。,三、I型内含子的剪接,（一）结构特点无GT-AG结构边界序列为5U.3G;,（二）I型内含子剪接的机制1、自由鸟苷酸的3-OH作为亲核基团攻击内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链2、上游外显子的3-OH作为亲核基团攻击内含子3位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开3、上下游外显子通过新的磷酸二酯键相连,rRNA,（三）I型内含子剪接的特点1、内含子自我催化断裂和连接（ribozymes）2、需要带有3-OH的鸟苷参与3、转酯反应(transesterification),四、II型内含子,介于GT-AG和I型内含子之间的类型（一）结构特点（1）边界序列为5GUGCGYnAG；（2）分支点顺序（branch-pointseguence）保守序列PyPuPyPyTAPy（3）分子内配对：分支点顺序的中间和两侧各有3-5bp的序列与上游序列互补（A除外）,（二）II型内含子剪接机制,1、分支点A的2-OH对5端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻，产生了套索（lariat）结构2、切下的外显子1其3-OH继续对内含子3端的交界序列进行亲核进攻，同时释放出套索状的内含子。,第六节RNA的编辑,一、RNA的编辑（RNAediting）的概念是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象二、编辑的生物学意义：1、校正作用；2、扩充遗传信息,机制：脱氨基作用的结果（胞苷和腺苷脱氨酶催化）进行编辑的脱氨酶能特异性识别靶位点,三、编辑的机制（一）碱基转换,肝脏,肠,哺乳类载脂蛋白apo-B转录物的编辑,（二）碱基插入,编辑前RNA,指导RNA,指导RNA的作用模式,利什曼原虫细胞色素bmRNA的编辑,1、指导RNA的作用模式（1）指导RNA（guideRNA）：提供mRNA的编辑信息，并作为模板；（2）非常规的互补，GU配对2、编辑复合体：含内切核酸酶、末端尿苷