RNA加工与编辑

1、v在细胞内，原初转录产物经过一系列变化转变在细胞内，原初转录产物经过一系列变化转变为成熟的为成熟的 rnarna分子的过程，称为分子的过程，称为转录后加工转录后加工（post-post-transcriptional processingtranscriptional processing）v 原核生物原核生物mrnamrna一经转录通常立即进行翻译，除少一经转录通常立即进行翻译，除少数例外，一般不进行转录后加工。但数例外，一般不进行转录后加工。但trnatrna和和rrnarrna要经要经过系列加工才能成为活性分子。过系列加工才能成为活性分子。rna的加工成熟的加工成熟一、真核生物一、真核生

2、物 mrna 的转录后加工的转录后加工v5-末端加帽：末端加帽：m7gpppnmnmv3-末端加尾：末端加尾：poly a（组蛋白基因转录产物例外）（组蛋白基因转录产物例外）v剪接剪接 ：外显子和内含子、断裂基因：外显子和内含子、断裂基因( (interrupted gene)interrupted gene)v编辑编辑成熟成熟mrna前体前体: 核内不均一核内不均一rna(heterogenous (heterogenous nuclear rna, hnrnanuclear rna, hnrna) )经转录后加工而来。经转录后加工而来。 真核生物断裂基因及其转录、转录后加工真核生物断裂基因

3、及其转录、转录后加工核内不均一核内不均一rnarna编码蛋白质的结构基因是在核浆中被转录的。核浆rna要大得多，很不稳定，并且其顺序的复杂性也要大得多。由于它的大小很不一致，故称核内不均一rna(hnrna)。细胞浆内的mrna平均只有1800-2000个碱基。而哺乳动物的hnrna平均有8000-10000个碱基，其范围很广泛，从2000-14000碱基均有，所以一般要比mrna大4-5倍。mrna在5端有一个”帽子”(5-cap)，3端含多聚腺苷酸(polya)序列。hnrna被切除内含子后即成为mrna，并进入细胞浆内。原核细胞的mrna没有加帽或加尾修饰。1 1 加帽：加帽：mrna的

4、5端帽子通式为m7gpppnm。真核生物帽子可分为三种不同的类型: o型为m7gpppn； i型为m7-gpppn1mp，即转录出的即转录出的mrnamrna的第一位碱基也被甲基化的第一位碱基也被甲基化(c2(c2甲甲 基化基化) )； ii型为m7gpppn1mpn2mp，即即mrnamrna的第一个碱基和第二个碱基均被甲基化。的第一个碱基和第二个碱基均被甲基化。帽结构中m7gppp与下一个核苷酸连接是以5与5相联的方式，称为相对核苷酸结构(confronted nucleotide structure)。先于剪接加工先于剪接加工注：帽子结构中注：帽子结构中g未甲基化，翻译效果差，但稳定性不

5、变未甲基化，翻译效果差，但稳定性不变mrna鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶0号帽子、号帽子、1号帽子、号帽子、2号帽子号帽子5帽子至少有两种功能:一是对翻译起识别作用。实验表明，含有5端帽子，翻译活性会下降。一个功能是稳定mrna的作用。mrna的帽结构可保护mrna5端避免外切核酸酶的攻击。aauaaa gugugugaataaagtgtgtgrna-pol iipauseaauaaa - poly agugugugaataaagtgtgtgrna-pol iipause5加尾时间：转录后，当mrna还未离开胞核时就加上去的。组蛋白mrna，呼肠弧病毒及一些植物病毒mrna上没有poly(a)。加

6、尾信号：aauaaa序列加尾功能：还不太清楚，初步认为与hnrna从核内移出有关和抵抗外切核酸酶从3端降解mrna。利用多个加poly（a）位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。这类基因5末端虽只有一个转录起始位点，但有两个或多个加poly（a）位点，因此可通过不同的剪接方式得到不同的蛋白质。3 3 mrnamrna的剪接的剪接注：广义上说，翻译加工也存在内含子概念，如胰岛素的注：广义上说，翻译加工也存在内含子概念，如胰岛素的c肽基因。肽基因。（1）剪接接口（边界序列）剪接接口（边界序列） 内含子内含子5-末端的末端的gu和和3-末端末端ag，也即，也即5 guag-oh 3 。（2）剪接体（

7、）剪接体（splicesome） 由由snrnp与与hnrna结合的复合体。其功能：致内含子形成套索结合的复合体。其功能：致内含子形成套索，并使上、下游外显子靠近的。，并使上、下游外显子靠近的。4）mrna的剪接机理的剪接机理（3）基本过程：）基本过程： 5）mrna 编辑（编辑（mrna editing） 指在转录水平上发生改变指在转录水平上发生改变 rna 编码编码序列，致一种基因产生不止一种蛋白质的加工序列，致一种基因产生不止一种蛋白质的加工方式。方式。二、二、trna的转录后加工的转录后加工保守序列：保守序列：tggcnnagtgcggttcganncc加工中被切除部分加工中被切除部分

8、rnapol iii转录的基因转录的基因 及其转录初级产物及其转录初级产物t -loopdhu-loopn 3n5前导序列前导序列（16核苷酸）核苷酸）内含子内含子（14核苷酸）核苷酸）a-ohccrnase p及及内切酶内切酶trna核苷酸转移酶及核苷酸转移酶及 连接酶（连接酶（atp、ctp）注：注：trna 的剪接是酶促反应，切除内含子的核酸内切酶由的剪接是酶促反应，切除内含子的核酸内切酶由 trna 基因内含子编码基因内含子编码trna 的拼接和修饰过程的拼接和修饰过程 rnase p由由rna和蛋白质两部和蛋白质两部分组成，但起催化作用的是分组成，但起催化作用的是rna，而不是蛋白质

9、。而不是蛋白质。（约（约4.5s)（约（约4 s)前体前体成熟成熟trnatrna 3nn5碱基修饰碱基修饰甲基化甲基化 trna的修饰过程包括：的修饰过程包括： 1、甲基化、甲基化 在在trna甲基转移酶催化下，某些嘌呤和甲基转移酶催化下，某些嘌呤和 核糖核糖2-oh被甲基化，如：被甲基化，如：a ma，g mg。 （约占（约占1%） 2、还原反应：、还原反应：u dhu 3、核苷分子内转位反应：、核苷分子内转位反应：u 4、脱氨反应：、脱氨反应： 5、3-末端加末端加cca-ohai腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶trna前体的加工前体的加工三、三、rrna的转录后加工的转录后加工 rrna基因（

10、基因（ rdna）为）为丰富基因族丰富基因族，即染色体一些，即染色体一些相似或完全一样的相似或完全一样的纵列串联基因纵列串联基因单位重复，单位重复，又称高度重复又称高度重复序列序列dna，还包括：，还包括：5s rrna基因、组蛋白基因和免疫球基因、组蛋白基因和免疫球蛋白基因等。蛋白基因等。 rrna的转录后加工主要包括：的转录后加工主要包括： 甲基化甲基化 先于切割拼接，主要位置在核糖先于切割拼接，主要位置在核糖-2-oh 上，上，约占约占2%左右。左右。 拼接拼接初级转录产物，初级转录产物，45s18s 5.8s 28s成熟产物，成熟产物，rrna32s20srrnarrna转录后加工转录

11、后加工 拼接拼接真核生物真核生物rrnarrna前体的加工前体的加工大肠杆菌rrna前体的加工 1、原核生物、原核生物 16s rrna30s rrna初级转录产物初级转录产物 23s rrna 5s rrna 2、真核生物、真核生物 18s rrna45s rrna初级转录产物初级转录产物 5.8s rrna 28s rrna 5s rrna 大亚基大亚基 rrna小亚基小亚基 rrna大亚基大亚基 rrna小亚基小亚基 rrnarrna rrna 加工及其产物加工及其产物四、核酶（四、核酶（ribozyme） 具有催化功能的具有催化功能的rna 核酶（核酶（ribozyme）是）是80年代

12、初期年代初期，在研究四膜虫在研究四膜虫 rrna 剪接中发现的具剪接中发现的具有催化功能的有催化功能的rna分子。它具有高度分子。它具有高度专一内切核酸酶的活性。经过科学家专一内切核酸酶的活性。经过科学家十多年的研究，核酶已被发展成为一十多年的研究，核酶已被发展成为一项新型技术并广泛应用动植物抗病，项新型技术并广泛应用动植物抗病，人类疾病防治等领域的研究，显示出人类疾病防治等领域的研究，显示出了广阔的应用前景。了广阔的应用前景。切赫（切赫（t. r. cech） 1988年与年与altman同同时获得诺贝尔化学奖时获得诺贝尔化学奖（一）核酶特性（一）核酶特性 核酶作用的基础核酶作用的基础 锤头

13、状结构（也可发夹状或锤头状结构（也可发夹状或 斧头状）斧头状） 锤头状核酶结构特点：锤头状核酶结构特点： 长度一般为长度一般为 60 个核苷酸个核苷酸 分子包含催化部分和底物部分，并组成锤分子包含催化部分和底物部分，并组成锤 头结构头结构 碱基至少有碱基至少有13个是一致性序列个是一致性序列 （二）意义（二）意义 用人工合成的小片段用人工合成的小片段rna，配合在欲破坏其结构的，配合在欲破坏其结构的 rna或或 dna 分子上，使成为锤头结构，这就是人工设计的核酶。分子上，使成为锤头结构，这就是人工设计的核酶。应用于破坏病原体、基因修复、基因调控和基因治疗等应用于破坏病原体、基因修复、基因调控

14、和基因治疗等xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx人工设计的核酶人工设计的核酶注：粗、细线代表天然和人工合成的分子，注：粗、细线代表天然和人工合成的分子，x 表示一致性序列表示一致性序列x35533 553四膜虫rrna前体的自我剪接3 能够编码蛋白质的内含子4 剪接连接点剪接连接点(splicing junctions)是指在切断和重接位点处的两旁的顺序。在内含子左侧的连接点称为供体(donor)，在内含子右侧的称为受体(acceptor)。在细胞核的结构基因(即编码多肽的基因)中的所有内含子在外显子-内含子连接处均有gt.ag的共同顺序。较详细的共同顺序如下，供体位点受体位点：

15、 外显子外显子.ag.aggtgtaagt.aagt.内含子内含子.py10c.py10cagag.外显子外显子箭头表示切断的键。这些还是较短的共同顺序，存在于几乎所有的真核生物中。基因区域exonintronexon卵清蛋白内元2uaag gugaacagguug卵清蛋白内元3ucag guacucagucug-珠蛋白内元1gcag guugucaggcug-珠蛋白内元2cagg gugaacagucucig内含子1ucag gucagcaggggcsv40病毒早期t抗原uaag guaauuagauuc含有内元的转录产物其拼接处的碱基顺序含有内元的转录产物其拼接处的碱基顺序作为亲核基团向intron 5的磷酸二酯键发起进攻-1作为亲核基团向作为亲核基团向intron 5的磷酸二酯键发起进攻的磷酸二酯键发起进攻-1mrna拼接反应需要有核内小分子rna参与6 snrnas6 snrnas的作用的作用真核细胞有细胞核和细胞浆中都含有许多小rna，它们约有100到300个碱基。它们是由rna聚合酶或 iii所合成的，其中某些像mrna一样可被加