RNA加工与编辑.ppt

第7章RNA的加工和编辑，在细胞内，原始转录产物经过一系列变化变成成熟的RNA分子的过程被称为转录后加工(post-transcriptionalprocessing )的原核生物mRNA一被转录就被翻译，除少数例外，一般不进行转录后加工。 但是，tRNA和rRNA经过一系列加工成为活性分子。 RNA加工成熟，一是在真核生物mRNA转录后加工，5-端帽： m7G-pppNmNm3-端帽： polyA (组蛋白基因转录产物例外)切断：外显子和内含子，破坏基因(interruptedgene )编辑，成熟mRNA前体：，ABCDEFG，L1234567，7.7kb，47185511291181431561043，蛋白质基因，真核生物断裂基因及其转录，转录后加工，核内不均匀RNA编码核浆RNA很大，不稳定，而且其顺序复杂性也很大。 因大小不同，被称为核内不均一RNA(hnRNA )。 细胞浆内的mRNA平均只有1800-2000个碱基。 哺乳动物的hnRNA平均为8000-10000碱，其范围广，也有2000-14000碱，因此一般比mRNA大4-5倍。 mRNA在5末端具有帽子(5cap )，3末端含有聚腺苷酸(polyA )序列。 hnRNA切除内含子后变成mRNA，进入细胞浆液。 原核细胞的mRNA没有带帽子或尾巴修饰。 1加帽： mRNA的5端帽一般为m7GpppNm。 真核生物帽子是3种不同类型：O型为m7GpppN的I型m7-GpppN1mp，即转录mRNA的第一位碱也被甲基化(C2甲基化)。 II型是m7GpppN1mpN2mp，即mRNA的第一碱基和第二碱基被甲基化。 帽结构中m7Gppp与下一个核苷酸的连接由5和5连接，被称为相对核苷酸结构(confrontednucleotidestructure )。 5pppG，5pG，ppi，pppGpi，5 gpgppg，(S-腺苷蛋氨酸) CH3，磷酸酶，甲基化酶，mRNA，mRNA，mRNA，磷酸双胍， 15-端帽的生成(从核酸酶的破坏)转录开始后-结束前注：帽子结构中g未甲基化，翻译效果差，但稳定性不变，mRNA鸟苷转移酶、0号帽子、1号帽子、2号帽子、5 帽子至少有2种功能： 实验表明，含有5端盖会降低翻译活性。 一个功能是稳定mRNA的作用。 mRNA的帽结构保护mRNA5末端免受外切核酸酶的攻击。 23-端基聚腺苷酸的合成(加尾)可以在剪切加工之前提供polyApolymerase催化剂，转录后修饰点阵列(AATAAA )一般长度为100200个腺苷酸，poly(A )聚合酶可以以ATP为基质加入poly(A )的尾链聚(a )的尾巴不是用DNA编码的，而是转录后附加在核内。 受polyA聚合酶催化，该酶能识别mRNA的游离3oh末端，加入约200个a残基。 剪下hnRNA的尾端加入poly(A )。 因为RNA聚合酶在转录时通过了加入poly(A )的部位，所以hnRNA末端的多馀部分被内核酸酶切除，可以加入poly(A )。，AAUAAAGUGUGUG，AATAAA，GTGTGTG，RNA-polII，Pause，3processing，AAUAAA-polyA，mRNA，3，a，真核生物的转录结束和组蛋白mRNA、肠弧病毒及部分植物病毒mRNA均无poly(A )。 尾端信号： AAUAAA序列尾端功能：尚不清楚，初步认为hnRNA从核内移动，外切核酸酶抵抗从3端分解mRNA。 多个poly(A )位点利用不同剪切方式产生不同蛋白质。 这种基因5的末端只有一个转录开始部位，但由于有2个以上的poly(A )部位，因此可以用不同的剪切方式得到不同的蛋白质。3mRNA剪接1)hnRNA和snRNA、hnRNA成熟mRAN的前身(包括非编码内含子) sn RNP (smallnuclearribonucleprotein，小分子核糖核蛋白) 由snRNA和核内蛋白构成、2 )外显子(exon )、内含子(intron )和破坏基因(splitegene )、外显子在破坏基因及其初级转录产物中表达为成熟RNA的核苷酸序列。 内含子阻断基因线性表达，剪切过程中去除的核苷酸序列。 断裂基因是一些内含子与外显子隔开，但是连续嵌入的基因。 分类分布连接方式类线粒体、叶绿体和某些下等真自连接(核酶活性)核生物的rRNA基因类线粒体(某些真菌)、叶绿体自连接(其本身具有催化剂内基因，转录产物具有mRNA功能) III类多数mRNA基因转录后的常态是snRNA和辅助蛋白的组合结构需要促进IV类tRNA基因与其一次转录产物酶的结合(特殊核酸内切酶、RNA连接酶)、真核生物内含子的分类和分布，注：广义上，翻译加工也需要内含子概念，如胰岛素3 )内含子分类，(1)剪切界面(边界系列) 内含子5-末端的GU和3-末端AG，即5guag-oh3 。 (2)拼接体(splicesome)snrnp与hnRNA结合而成的复合体。 其功能：内含子形成抛绳，使上下外显子接近。 4)mRNA的切割机制，(3)基本过程： (5)mRNA编辑(mRNAediting)是在转录水平上改变RNA编码序列，使基因产生多个蛋白质的加工方式。 二、tRNA转录后加工的基因包括、维护序列： TGGCNNAGTGC、GGTTCGANNCC、RNApolIII转录基因及其转录初级产物RNaseP、内核酸酶tRNA核苷酸转移酶和连接酶(ATP，CTP )注： tRNA的剪切为酶反应，切除内含子的核酸内核酸酶由tRNA基因内含子编码，是tRNA的结合和修饰过程，RNaseP是RNA和蛋白质的，(约4.5S )，(约4S )，前体，成熟tRNA，3NN，5 ，碱修饰甲基化，tRNA修饰过程为1，甲基化在tRNA甲基化酶的催化下，嘌呤和核糖2-OH甲基化，如ama、gmg。 (约1%)2、还原反应： UDHU3、核苷分子内转位反应： u4、脱氨反应： 5，3 -末端有CCA-OH、a、I、腺苷酸脱氨酶，RNA酶p、E.coli有内核酸酶，负责切断所有tRNA分子5端，5 RNA酶p是一种罕见的酶。 由蛋白质和RNA两者组成，分子中的RNA有375个碱基的长度(约130KD )。 蛋白质的成分约为20KD，非常小。 在E.coli中，基因rnpA编码蛋白质组成，而rnpB编码RNA部分。 这两个基因相距甚远。 RNA和蛋白质这两种成分需要对RNA酶p的催化活性。 tRNA前体的加工，RNA酶d、RNA酶d、RNA酶d可以从RNA的3端逐个切除碱基，制成tRNA真正的3端(5端由RNA酶p制成)。 另一种具有外切核酸酶活性的酶是RNA酶，能完全分解tRNA。 以前认为tRNA的加工也有关系，但被认为可能只与RNA的分解代谢有关。 细菌有两种tRNA前体，差异在于其3端序列。 I型分子的CCA三连体在其3端。 型分子无CCA序列。 其他碱基从一个前体分子中去除后，在3端加入了也称为tRNA核苷酸转移酶的CCA。 目前认为真核生物中可能存在的tRNA前体均为型，成熟时由于酶的作用，有必要在其3端添加CCA序列。 三、转录rRNA后将rRNA基因(rDNA )加工成丰富的基因族，即染色体相似或完全相同纵列的串联基因单元重复，也称高级重复序列DNA，包括5SrRNA基因、组蛋白基因和免疫球蛋白基因等。rRNA转录后的加工主要由甲基化进行，主要位置在核糖-2-OH上，约占2%。 接着，rRNA转录后，连接，真核生物rRNA前体的加工，大肠杆菌rRNA前体的加工细菌的rRNAs，是通过切断其共同前体而形成的。 编码E.coli的rRNA的7个操作符被称为rrnA-G，不与染色体链接。 各操作子被转录到RNA前体，被切断成熟的rRNA分子。 rrn操纵子的组成基本相同，均按16S-23S-5S的顺序含有3个rRNA分子。 除两个主要rRNA(16S和23S )外，另一个5SRNA存在于同一转录本中。 1、原核生物16SrRNA30SrRNA一次转录产物23SrRNA5SrRNA2、真核生物18SrRNA45SrRNA一次转录产物5.8SrRNA28SrRNA5SrRNA，大亚基rRNA、小亚基rRNA、小亚基rRNA、rRNA加工及其产物四、核酶(Ribozyme)具有催化功能的RNA核酶(ribozyme )于80年代初研究了四膜虫rRNA切割中发现的具有催化功能的RNA分子。 它具有高度特异性的内切酶活性。 经过科学家十多年的研究，核酶发展为新技术，预计将广泛应用于动植物抗病、人病防治等领域的研究。 切夫(t.r.cech )于1988年与altman同时获得诺贝尔化学奖，(1)核酶特性核酶作用的基础锤状结构(也可以是发夹状或斧状)锤状核酶结构的特征：长度一般为60个碱分子含有催化剂部分和基质部分， 构成锤结构的碱基至少有13个是一致性序列，(2)意思是人工合成的小片段RNA与要破坏其结构的RNA和DNA分子配合，形成锤结构，这就是人工设计的核酶。 用于病原体破坏、基因修复、基因调控、基因治疗等，x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、x、人工设计的核酶，注：粗细线表示自然合成的分子，x表示一致序列，x， 表示3553555555，53，5.RNA的剪切机制，1酶母tRNA的剪切酵母细胞核中的tRNA基因中约40个是破坏基因。 这些基因均只有一个内含子，位于反密码子3侧与核苷酸隔开的位置，长度为14至46bp。 由于每个氨基酸的tRNA基因内含子不同，连接酶类似乎无法识别共同的顺序。 剪切过程分为两个阶段。 第一步是切断磷酸二酯键，不需要ATP。 这个步骤是由内核酸酶催化的。 第二阶段是连接反应，需要存在ATP，RNA连接酶催化。 没有ATP时，产生的2个tRNA半分子不能连接。 这两个半分子有独特的末端：其5末端有OH基，而3有2、3环磷酸基。 加入ATP后，第二阶段反应：的两个tRNA半分子首先发生碱基对，形成成熟的tRNA分子序列，RNA连接酶形成磷酸二酯键，共价键合两个半分子。 2自切反应最近发现RNA也有酶活性。 这种具有酶活性的RNA被称为ribozyme。 T.Cech和S.Altman分别独立发现RNA具有催化作用。 改变了生物催化剂的传统概念。 因此他们在1989年共同获得了Nobel化学奖。 1978年Altman从纯化的RNA酶p中分离出多肽和RNA(M1RNA )。 最初的实验结果表明，蛋白质和M1RNA单独不具有酶活性，但两者能够混合恢复活性。 其他生物材料的实验结果表明，M1RNA对RNA酶p活性是必需的。 1983年Altman证明，在较高浓度的Mg2存在下，M1RNA单独可以催化tRNA前体的成熟，但蛋白质单独无此能力。 RNA被视为酶。 事实上，M1RNA的酶活性并不比RNA酶p粗制品的活性低。 蛋白质赋予酶活性，RNA被认为只起到某种辅助作用(帮助蛋白质和基质结合等)，但现在发现这两种功能发生了逆转。 Cech将具有催化活性的RNA命名为ribozyme。长期以来，人们一直试图自己设计和生产酶分子，但由于蛋白质的分子结构复杂，至今没有成功的例子。 近年来，随着ribozyme的发现，人工酶(新概念中的酶，其要素分子为核苷酸)的设计产生了新的希望。 澳大利亚科学家设计了9个ribozyme分子，它们都具有内切酶的活性，切割部位具有较高的特异性。 ribozyme的活性随pH、温度、阳离子浓度的变化而变化，显示出典型的酶特性。 ribozyme的作用部位特异，可用于切断特定的基因转录产物(RNA )。 有人把这种切割作用称为抗基因活性。 切割结果RNA被破坏，即基因表达受到抑制。 这一特性为我们治疗基因和病毒提供了可行的方法。 有些线粒体还包括自己切的内含子。 常见真菌，如神经杆菌、酒酵母(Saccharomycescerevisiae )等线粒体内含子可自我切断，如四膜虫磷酸酯转移反应。 四膜虫rRNA前体的自切，能编码3蛋白质内含子的真菌线粒体中的内含子有异常结构，这些内含子有编码顺序，这些顺序的翻译对于这个顺序的内含