基因组学 课件 7.3基因表达的转录后调控.ppt

1、基因表达的转录后调控,真核生物前体mRNA剪接 高等植物内含子的结构特性 变位剪接 RNA编辑,真核生物前体mRNA剪接,pre-mRNA， hn RNA 剪接反应 剪接体的组成与循环 剪接体中心的动态RNA骨架,初始转录产物pre-mRNA，不均一核RNA(heterogeneous nucIear RNA，hn RNA) 基因长度存在差异：RNA大小十分不均一，平均相对分子质量为2107，比细胞质中成熟mRNA的平均相对分子质量1.5106大十倍 RNA合成至大约30个核苷酸时，5末端加入甲基化鸟苷的“帽子”；转录终止时，3末端加入100200个腺苷酸，成为poly(A)尾 经剪接去除内含

2、子，成熟mRNA经核孔进人细胞质,mRNA稳定性的调控 原核生物mRNA的半衰期平均3min。高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均3h。高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定，有的寿命长达数天。 mRNA的3端尾巴通过影响mRNA寿命来影响翻译效率。,剪接反应：去除基因序列中的内含子，连接外显子，成为有功能的成熟mRNA的过程。 剪接与三个特征序列相关联：5剪接位点序列GU，3剪接位点序列AG和分支点序列A 两次连续的转酯基反应 trans-esterification reactions,两次连续的转酯基反应trans-esterification reactions 第一步：

3、分支点腺苷酸2-OH亲核攻击5剪接位点的磷酸基，此处裂解，产生套索中间物和5外显子，套索通过2-5磷酸二酯键把内含子的5末端与分支点的腺苷酸相连接 第二步：第一步释放的游离5外显子的3-OH ，亲核攻击3剪接位点的磷酸基，从而释放套索内含子，并把外显子连结起来,剪接体的组成与循环 剪接体splicesome：剪接由RNA介导、各种蛋白质参与。参与剪接的RNA和蛋白质共同构成一个庞大的颗粒复合体。 5060 S的核糖核蛋白颗粒 主要组成单位：富含鸟苷酸的核内小核糖核蛋白U sn RNPs，由核内小分子RNA-sn RNA和一些蛋白质组成 剪接体在剪接过程中逐步组装起来，涉及到RNARNA、蛋白质

4、RNA、蛋白质蛋白质相互作用 核心：各种RNARNA相互作用形成动态骨架 蛋白质促进RNA的重排使其保持稳定或失去稳定 催化正确的识别、内含子切割和之后的外显子连接,参与剪接的sn RNP：U1、U2、U5和U4/U6，根据所含的sn RNA来命名。 U1、U2和U5 sn RNP都包含一个sn RNA和几个(20)蛋白质； U4/U6 sn RNP则包含U4、U6 sn RNA和几个蛋白质 初级剪接体：U1 sn RNP中的sn RNA与5剪切位点序列互补结合、U2 sn RNP中的sn RNA与分支点序列互补结合 U4/U6和U5 sn RNP以三聚体形式进入剪接体组装过程，与已形成的初级

5、剪接体通过蛋白质蛋白质相互作用，形成剪接体（60S的核糖核蛋白复合物）。 配对的sn RNA和前体mRNA之间出现重排，形成活性剪接体 前体mRNA上各种U sn RNP的组装是一个有序的途径，并且需要其他非U sn RNP蛋白的暂时结合，这种剪接体组装和解体的途径称为剪接体循环,剪接体中心的动态RNA骨架,back,高等植物内含子的结构特性,异质内含子的加工 剪接体核心序列在不同系统中是相似的 具有哺乳动物内含子，或植物与哺乳动物内含子杂合体的前体mRNA，在植物细胞中表达时，一般不被剪接或被不正确地剪接 一些植物内含子在转染的哺乳动物细胞或HeLa细胞的离体剪接提取物中，不被加工或者低效、

6、不正确剪接,内含子加工的单子叶、双子叶植物差别 单子叶来源的内含子，在双子叶植物细胞中表达时，不被加工或者低效加工。 双子叶来源的内含子，在单子叶细胞中表达时，呈现正确、有效地加工 哺乳动物来源的内含子能在单子叶植物中加工，但完全不能在双子叶植物,内含子加工的种间差别 不同的双子叶植物种也呈现出加工活性的差异 玉米转座子En / Spm在不同双子叶植物种表达En-1编码的两个基因，tnpA和tnpD可通过选择性剪接产生。 在天然寄主玉米中表达时tnpA转录物与和tnpD转录物的比例为100 : 1; 在双子叶植物拟南芥中此比例与在玉米中相同; 在马铃薯中表达时， tnpD转录物反而占优势。,高

7、等植物内含子的结构特点 内含子的大小：比大多数哺乳动物内含子短得多，高等植物前体mRNA内含子在长度上差异较大，约2/3150nt，大部分处在80-139nt的长度范围； 内含子5剪接位点：双核苷酸GU在所有天然的植物内含子中均是保守的，个别情况GU可以由GC代替。 双子叶和单子叶植物有1的GC频率 拟南芥中含GC的频率为0.4 哺乳动物中无GC位点,内含子3剪接位点 3剪接位点AG在天然高等植物内含子中是恒定的，末端G缺失、替换或突变，会使3剪接位点丧失功能 植物3剪接位点共有序列与哺乳动物相似，但共有序列包含的核苷酸更多。植物为UGYAGGU，而哺乳动物为YAGG 分支点：大多数高等植物内

8、含子中存在着与哺乳动物相应的分支点序列CURAY，酵母分支点序列UACUAAC是严格保守的,高等植物前体mRNA内含子富含AU序列 特别是双子叶植物，平均达70。哺乳动物或单子叶植物内含子在双子叶植物中不被加工或低效加工的原因,back,变 位 剪 接,简单的转录单位：一个基因经转录后，其初级转录产物经剪接只产生一个成熟的mRNA。没有内含子的真核生物基因前体mRNA不需剪接，只需加poly(A)等加工过程。有的虽有内含子存在，但剪接后只产生一个有功能的mRNA。组成性剪接 变位剪接，选择性剪接：有些真核生物基因属于复杂转录单位，含有数量不等的内含子，其前体mRNA经不同的剪接方式可产生多个成

9、熟mRNA，继而产生不同的蛋白质。,变位剪接意义 基因表达调节的常见机制，与基因的发育和组织特异性调控有关。 许多基因前体mRNA经不同剪接方式产生多种mRNA，翻译出不同功能的蛋白质。从单个转录本产生多达20 种不同的蛋白质。,变位剪接的基本类型 5剪接位点变位：基因含有几个5剪接位点或转录起始位点，利用相同3剪接位点，而产生不同蛋白质； 3剪接位点变位：5末端只有一个转录起始位点，3端有多个加poly(A)位点，产生不同3外显子的蛋白质； 在不同外显子中进行剪接，形成带不同外显子的蛋白质产物； 保留内含子；植物中变位剪接较多是采取此方式，而内含子保留能引起功能肽在细胞定位中的改变； 基因中

10、点突变而产生新的剪接位点、消除正常剪接点、活化隐蔽剪接垃点,back,RNA 编 辑,基因转录后水平上的又一种表达调控方式 核苷酸替换：C U 核苷酸的插入和缺少,mRNA在编辑中插入了4个U，不仅增加了一个氨基酸密码子，而且因此变动了阅读框架，形成-1的移码突变,N-末端信号肽的切除 二硫键的形成 氨基酸共价修饰：乙酰化，甲基化，磷酸化 蛋白质的糖基化,翻译和翻译后调控,磷酸化/脱磷酸化的调控 eIF-2磷酸化对翻译起始的影响：用兔网织红细胞无细胞体系体外翻译时发现，如果不向这一体系添加血红素，几分钟后蛋白合成会下降且停止。 原因：血红素可抑制eIF-2激酶（HRI）的活性，HRI可使eIF-2的亚基磷酸化，磷酸化的eIF-2与eIF-2B紧密结合，影响eIF-2的再利用，使