RNA转录后的剪切与加工ppt课件

1、u原核生物原核生物RNA的转录后加工的转录后加工uPost-transcriptional processing in prokaryotesu真核生物真核生物RNA的转录后加工的转录后加工uPost-transcriptional processing in EukaryotesuRNA的剪接、编辑和再编码的剪接、编辑和再编码uRNA Splicing,Editing and Recoding第第9章章 RNA转录后的剪切与加工转录后的剪切与加工Section 9 RNA Post-transcriptional processing 大多数新生大多数新生RNA分子必需经过多种修饰才成为成分

2、子必需经过多种修饰才成为成熟的产物，熟的产物，RNA加工是对初生转录物进展修饰的总称，加工是对初生转录物进展修饰的总称，主要方式有：主要方式有：1核苷酸的切除核苷酸的切除2初生初生RNA转录物或剪切产物的两端转录物或剪切产物的两端3端和端和5端端添加核苷酸添加核苷酸3对某些特殊的核苷酸碱基或糖苷进展修饰。对某些特殊的核苷酸碱基或糖苷进展修饰。RNA 的加工方式的加工方式 Types of RNA processing原核生物的原核生物的 rRNA 加工加工 rRNA processing in prokaryotesv原核生物原核生物RNA的转录后加工的转录后加工vPost-transcrip

3、tional processing in prokaryotes原核生物的原核生物的tRNA的前体加工的前体加工 pre-tRNA processing in prokaryotes原核生物的原核生物的mRNA前体加工前体加工 pre-mRNA processing in prokaryotes大肠杆菌共有大肠杆菌共有7个转录单位分散在基因组中。每个转录单个转录单位分散在基因组中。每个转录单位由位由16S rRNA，23S rRNA和和 5S rRNA以及以及1-4个个tRNA基基因组成。因组成。初生转录物的沉降系数为初生转录物的沉降系数为30S，约含，约含6500nt， 5端为端为pppA。

4、原核生物的原核生物的 rRNA 加工加工 rRNA processing in prokaryotes1初转录产物经过内部互补序列间的碱基配对折叠构成一初转录产物经过内部互补序列间的碱基配对折叠构成一些茎环构造图，这些茎环构造有助于与一些蛋白质结合些茎环构造图，这些茎环构造有助于与一些蛋白质结合构成核糖核蛋白复合体构成核糖核蛋白复合体RNP，ribonucleoprotein；rRNArRNA转录后的加工步骤转录后的加工步骤2结合之后进展甲基化修饰，并由结合之后进展甲基化修饰，并由RNaseIII进展剪切，进展剪切，释放出释放出16S rRNA，23S rRNA和和 5S rRNA 前体分子；

5、前体分子；3在在RNA酶酶M5、M16、M23的作用下，分别对前体的作用下，分别对前体rRNA分子的分子的5端和端和3端进展进一步的剪切，之后释放出成熟端进展进一步的剪切，之后释放出成熟的的RNA分子。分子。tRNA的一级构造：单股的一级构造：单股RNA，73-93nt核苷酸；核苷酸；tRNA的二级构造：为三叶草构造的二级构造：为三叶草构造,而且很保守而且很保守 (1)3端含端含CCA-OH序序列列 ；(2)TC环环(TCloop)；(3)额外环或可变环额外环或可变环(extro variable loop)；(4)反密码子环反密码子环(anticodon loop)； (5)二氢尿嘧啶环二氢

6、尿嘧啶环(dihydr-Uloop或或D-loop) 原核生物的原核生物的tRNA的前体加工的前体加工 pre-tRNA processing in prokaryotes原核生物的原核生物的tRNA基因的转录单元大多数是多基因的。基因的转录单元大多数是多基因的。不但同一种不但同一种tRNA的几个基因拷贝可以转录在一条的几个基因拷贝可以转录在一条RNA中中,而且不同的而且不同的tRNA也可以转录在一条也可以转录在一条RNA中。还有的中。还有的tRNA与与rRNA组成转录单元。组成转录单元。原核生物研讨最为透切的是原核生物研讨最为透切的是tRNATyr,它是携带它是携带Tyr(酪氨酪氨酸酸)的的

7、tRNA,识别密码子识别密码子GAU。举例：大肠杆菌举例：大肠杆菌tRNATyr的加工过程的加工过程53首先，转录物前体经过折叠构成特征茎环构造首先，转录物前体经过折叠构成特征茎环构造(1) RNase F内切酶在内切酶在3端切除侧翼序列。于是端切除侧翼序列。于是3端端 就留下一个额外的就留下一个额外的9个核苷酸；个核苷酸；2RNase D外切酶从外切酶从3端切下端切下7个核苷酸；个核苷酸；3 RNase P内切酶切去内切酶切去5端的前导序列，产成熟的端的前导序列，产成熟的5端；端；4 RNase D外切酶继续切去外切酶继续切去3端剩余的端剩余的2个核苷酸，产生成个核苷酸，产生成 熟的熟的3端

8、端CCAOH;5tRNA再经过一系列的碱基修饰，构成成熟的再经过一系列的碱基修饰，构成成熟的tRNA分子。分子。加工步骤加工步骤原核生物的原核生物的mRNA前体加工前体加工 pre-mRNA processing in prokaryotes原核生物中原核生物中mRNA转录物根本不需求加工或很少需求转录物根本不需求加工或很少需求加工。由于原核生物的核糖体在加工。由于原核生物的核糖体在mRNA分子的合成未分子的合成未完成前就开场翻译。完成前就开场翻译。一些内部顺反子的一些内部顺反子的3端和端和5端构成茎环构造以维护本端构成茎环构造以维护本身免受外切酶的降解。身免受外切酶的降解。少数多顺反子少数多

9、顺反子mRNA需经过内切核酸酶切成较小的单需经过内切核酸酶切成较小的单位后才进展翻译。如：核糖体大亚基蛋白位后才进展翻译。如：核糖体大亚基蛋白v真核生物的转录后加工真核生物的转录后加工vPost-transcriptional processing in Eukaryotes 真核生物的真核生物的 rRNA 加工加工rRNA processing in Eukaryotes真核生物的真核生物的tRNA加工加工 tRNA processing in Eukaryotes真核生物的真核生物的mRNA加工加工 mRNA processing in Eukaryotes总RNA电泳图 真核生物真核生物

10、 rRNA前体的加工前体的加工 真核生物有四种真核生物有四种rRNA ,即即5.8S rRNA,18S rRNA,28S rRNA及及5S rRNA。 5.8S rRNA,18S rRNA,28S rRNA由由45S的前体的前体rRNA剪切而来。剪切而来。 5S rRNA由由RNA Pol III 转录，转录，只需简单加工或不需加工。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，如酵母为不同的生物其前体的大小是特定的，如酵母为7000nt，哺，哺乳动物为乳动物为35000nt。近年来人们发现近年来人们发现,哺乳动物的哺乳动物的rRNA的最原始转录物并不是的最原始转录物并不是45S,

11、而是而是47S。由于。由于3端部分很快进展转录后处置端部分很快进展转录后处置,5也除掉也除掉一小部分而变为一小部分而变为45S。还能够存在一种。还能够存在一种46S的中间体。的中间体。45S rRNA加工步骤：加工步骤：1rRNA基因转录产生基因转录产生47S前前rRNA初生转录物初生转录物2切除掉外部转录间隔区切除掉外部转录间隔区ETSs，external transcribed spacers), 构成构成45S前前rRNA 3 再切去内部转录间隔区再切去内部转录间隔区ITSs, internal transcribed spacers)，构成，构成41S前前rRNA4释放出释放出32S和

12、和20S的前的前RNA5进一步修剪，构成成熟的进一步修剪，构成成熟的rRNA，包含了，包含了5.8S rRNA,18S rRNA,28S rRNAMammalian pre-rRNA processing RNaseRNaseRNaseRNase真核生物的真核生物的tRNA加工加工 tRNA processing in Eukaryotes以真核生物酵母菌以真核生物酵母菌tRNATyr的加工为例的加工为例tRNATyr的前体的前体5端有端有16nt的前导区，的前导区，3端有端有2个额外的核苷酸，有一个个额外的核苷酸，有一个14nt的的内含子右图内含子右图初转录物前体构成特征茎环构造初转录物前体

13、构成特征茎环构造 酵母菌tRNATyr的加工过程：1内切酶识别茎环构造切去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。3tRNA内切酶切除了内含子，并由衔接酶把缺口衔接，之后成为成熟的tRNAACCACCACCACC53真核生物真核生物tRNA的内含子剪切的内含子剪切真核生物的真核生物的Pol II转录的基因很多、大小不一，从转录的基因很多、大小不一，从60-300ntsnRNA到长度超越到长度超越100kb的。的。 Pol II的初转录的初转录产物称为核内不均一产物称为核内不均一RNAhnRNA, heterogeneous nu

14、clear RNA).那些即将被加工的转录物称为前那些即将被加工的转录物称为前mRNApre-mRNAs)。真核生物前真核生物前mRNA的加工过程包括的加工过程包括5端加帽、端加帽、3端剪切端剪切及加及加PolyA尾、剪接和甲基化加工，最后构成成熟的尾、剪接和甲基化加工，最后构成成熟的mRNA。真核生物的真核生物的mRNA加工加工 mRNA processing in Eukaryotes5端加帽端加帽 5 capping在在mRNA转录链长度超越转录链长度超越20-30nt之前，其之前，其5端经化学修饰被加上端经化学修饰被加上7-甲基鸟苷残基，这种甲基鸟苷残基，这种5端的修饰称为帽子构造。图

15、端的修饰称为帽子构造。图衔接方式是衔接方式是5-5衔接，与正常的衔接，与正常的3-5衔接方式衔接方式不同，是由不同，是由mRNA鸟苷转移酶催化这一添加核鸟苷转移酶催化这一添加核苷酸反响。苷酸反响。帽子构造7-甲基鸟苷鸟苷转移酶53 5帽子构造的功能：帽子构造的功能：1帽子构造为核糖体对于帽子构造为核糖体对于mRNA的识别提供了信号的识别提供了信号 ；2帽子构造添加帽子构造添加mRNA的稳定的稳定性性,维护维护mRNA免遭免遭5外切核酸酶外切核酸酶的攻击；的攻击；3同时有利于同时有利于mRNA及其前体及其前体的其他反响如剪接、转运和翻译。的其他反响如剪接、转运和翻译。3端剪切及加尾端剪切及加尾

16、3cleavage and polyadenylation大部分成熟大部分成熟mRNA具有具有3多聚多聚A尾巴，它是经过剪切后再加上一尾巴，它是经过剪切后再加上一串串A残基而成，通常叫做残基而成，通常叫做poly A尾巴。这个特征可用于纯化尾巴。这个特征可用于纯化mRNA。特定序列元件：特定序列元件：15-AAUAAA-3 聚腺苷酸信号序列，聚腺苷酸信号序列，2在在其后其后1120nt处紧随着一个处紧随着一个“ 5-YA-3 构造，构造，3在其下游方向在其下游方向的的GUGUGUG 。这些序列共同决议了聚腺苷酸化位点。这些序列共同决议了聚腺苷酸化位点(polyadenylation site)

17、。剪切与加尾过程：剪切与加尾过程：1特定蛋白因子识别序列元件并与特定蛋白因子识别序列元件并与mRNA结合，构成复结合，构成复合体后即开场剪切。合体后即开场剪切。2聚腺苷酸聚合酶聚腺苷酸聚合酶PAP在剪切后的在剪切后的3端加上多至端加上多至250个的个的A残基。残基。poly A尾巴的功能：尾巴的功能：1稳定稳定mRNA分子，抵抗分子，抵抗3-端外切酶攻击的作用。端外切酶攻击的作用。2有助于细胞质中成熟有助于细胞质中成熟mRNA的翻译。的翻译。RNA名称存在位置转录RNA聚合酶类型功能备注rRNAtRNAmRNAhnRNAhnRNPsnRNAsnRNP5srRNA作业：请填写下表的真核生物作业：

18、请填写下表的真核生物RNAvRNA的剪接、编辑和再编码的剪接、编辑和再编码vRNA Splicing,Editing and RecodingRNA的剪接的剪接 拼接拼接RNA SplicingRNA的编辑的编辑 RNA EditingRNA的剪接有的剪接有4种方式：种方式：1I型自我剪接型自我剪接2II型自我剪接型自我剪接3核核mRNA剪接体剪接剪接体剪接4核内核内tRNA前体的酶促剪接前体的酶促剪接剪接：切除基因内的内含子后将外显子衔接在一同剪接：切除基因内的内含子后将外显子衔接在一同的过程称为剪接。的过程称为剪接。RNA的剪接的剪接 RNA Splicing依托本身的核酶把内含子切除依托

19、本身的核酶把内含子切除3) 核核mRNA剪接体剪接剪接体剪接剪接体剪接体spliceosome)：mRNA前体在剪接过程中组前体在剪接过程中组装构成的多组分复合物，主要由装构成的多组分复合物，主要由snRNA和蛋白质组和蛋白质组成。是一种具有催化剪接反响的核糖核蛋白复合体。成。是一种具有催化剪接反响的核糖核蛋白复合体。剪切的特殊序列：剪切的特殊序列：剪接方式：剪接方式：1剪切过程：二步反响剪切过程：二步反响two-step reaction) GG GG branchpointA2剪切过程由剪切过程由U1、U2、 U4、U5和和U6 snRNP催化催化1U1与与5端剪切位点端剪切位点GU 结合

20、；结合；2U2与分支位点与分支位点A结合，随后结合，随后U4、U5、U6构成复合体，使构成复合体，使得内含子构成环状构造，外显得内含子构成环状构造，外显子的子的3端与端与5端相互接近；端相互接近；3mRNA与与snRNP的复合体的复合体被称为剪接体。被称为剪接体。3核内核内tRNA前体的酶促剪接前体的酶促剪接真核生物真核生物tRNA的内含子剪切的内含子剪切第第1步：由内切酶断裂磷酸二酯键，切去内含子，不需步：由内切酶断裂磷酸二酯键，切去内含子，不需 要要ATP；第第2步：衔接酶衔接，需求步：衔接酶衔接，需求ATP。可变可变mRNA加工加工 Alternative mRNA processing

21、 可变加工可变加工 Alternative processing 可变可变poly(A)位点位点 Alternative poly(A) sites 可变剪接可变剪接 Alternative splicing选择性剪接选择性剪接 可变加工可变加工 Alternative processing可变加工是指一个特定的前可变加工是指一个特定的前mRNA经过运用不经过运用不同的同的poly (A)位点或不同的剪接方式产生出一位点或不同的剪接方式产生出一种以上的成熟的种以上的成熟的mRNA.可变加工的类型有可变加工的类型有:可变剪接和可变可变剪接和可变poly (A)加加工工2. 可变可变poly(A)

22、位点位点 Alternative poly(A) sites有有3种情况：种情况：1一些前一些前mRNA含有多组的含有多组的Poly(A)位点，细胞或生物只运用其中的位点，细胞或生物只运用其中的一组，因此在不同的时间里同一个基因可产生出具有一样编码区，不同一组，因此在不同的时间里同一个基因可产生出具有一样编码区，不同稳定性或定位的成熟的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种mRNA。3一种细胞能够只利用一个一种细胞能够只利用一个PolyA位点，而不同细胞利用另一位点，而不同细胞利用另一PolyA位点。位点。3. 可变剪接可变剪接 Alternative splicing可变剪接是指从一个特定的基因转录物中经过利用不可变剪接是指从一个特定的基因转录物中经过利用不同同5 、